干电池的发展动向与未来.pdf

干电 池的发展动向与未来一、干电池是随着社会需要的变迁而发展着的电池的发展是与使用电池的设各的发展密切相关的勒克朗谢电池即锌 锰干电池自它诞生之时起,即受着当时整个欧洲迅速扩大的与电报网的需求,极大地刺激了对这种 电池的研制与生产尔后,是手电筒的问世第一次世界大战结束后,以电池为电源的收音机问世 了第二次世界大战后,晶体管化取得了极大的成功,袖珍收音机出现了,家用电气设备包括电视机 迅速发展到了七十年代,发光二极管、液晶显示、互 补型金属氧化物晶体管集成电路一等微型电子器件的迅速发展,对便携式电池需求日益增大,同时导致电池微型化、薄 层化,另 一方面,为适用于象铁路讯号装置,电池组也有朝大型化发展 的趋势总之,由于电子器具新产品的投入市场,以及 由于技术进展而导致军事现代化对电源 的需求,伴随着电池工业大幅度的增长同时提出对电池性能更高的要求,如必须能在各种各样环境温度条件下有效地工作,必须有高的能量密度与功率密度,特别必须有良好的抗漏性能以保证在精密机具 中安全可靠因此新 系列不断 出现,而另一方面老产品性能不断得到改进反过来,电池性能的改进不断满足 日益发展 的电子设备的需要,又使电子设备得到进一步发展。

从日本的电子器具的生产的增长与 电池增长的相关便是一目了然的由表可见,日本电池的发展完全依赖着电子器具的发展日本战后电池发展的三个飞跃大致就是电子器具发展的三个阶段第一个时期为一年,那是袖珍收音机和家用电子设备发展的时期,干 电池大 约增长了两倍第二个时期为一年为彩色电视机时代,大力发展各种电子产品、安全装置,电池大约增长了一倍,第三个时期始自年为微型 电子器件时代,干电池的生产虽然受到资本主义世界石油危机、经济萧条的影响,有几年生产有所停滞,但由于微型计算机、电子手表的发展,从年起又有所回升,到年,产量接近十九亿只,较前一年增长了以上二技术的进展,在某种程度上改变了电子设备的设计思想,目前普遍的趋势是朝轻便化、“无线”电气化、以及机具自动化如照相机的方向发展,相应地使干电池这类便携式 电源得到更广泛地使用以袖珍计算机为例,近年来发展是突飞猛 进 的日本年较前一年增长约一倍,近两年内每年生产约三千万台其他国家大体也是这样法国预计到年,每三个法国人中就有一台袖珍计算机年有五百万法国人每人买 了一台,其中七十五万台是预编程序或可编程序的计算机,估计年将出售系同样型号计算机一百万 台,年大约出售一百六十万台。

按每台计算机年消耗十六表木有关的电子曰其的生产与电池的增长器具数量⋯一诚利胡器手电筒汽车用讯号灯其他 便携式灯时讲机助听器半导体收音 机带电唱收音 机磁带录音 机唱机千个,,一个,,,,,,,,,,,,,,,,,一,,部台,,」,,,,一,,,,,一,,,,,一,,,,,,,,一,,,一,,,,,,,,,,,,,,一,,,一,,电影摄影机布帘快门照相机镜头快门照相机缩小一半照相机照相机用 电子闪光器煤气炉点火器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一,,,,个,,,,一,,,,,,,,,,石油炉点 火器电子手表电子钟台式电子计算机电动玩具只,一,,,,,,,,一,,,,,,,,,,,,,,,,块石口”千打,,,一,,‘二一八一门‘一电池 总产量百 万,,,,资 朴来源辛为一次电池的年 总产量只电池计,则全世界由于袖珍计算机的发展所需的电池增长数是相 当大的另一种增长很快的产品是 电子手表,在手表中所占比重越来越大,如表所示表世界手表产里年年年年总总总产量量电子表产量量总产量量电子表产量量电子表的的 增增增增增增增长率率美美国国,,,,,,,,瑞瑞士士,,,,,,,,日日本本,,,,,,一,法法国国,,,,德德国国,,,,其其他他,,,,总总计计,,,,,,一美国由于 电子手表产量剧增,到年产量超过瑞士居世界第一位。

法 国年数字手表产量达十万只,而瑞士在年可望使电子手表产量增至四倍年世界电子手表 的销售量为年的四倍,见表电子手表的增长,无疑将刺激着微型手表电池的研制与发展表手 表销售皿 预测 百万只世界 手表数字手表梢售量美国数字手表梢 售量】‘为美国徽型公司,为美国徽型显示公 司还可以举出与丫公司的预测’,该公司在关于“美国电源市场号报告”中指 出,构成计算机、通讯、仪表、仿型复制、程序控制与其他电子设备的关键部件的电池与其他 电源,在年占美国电子设备产值的,在年这一比例将增至并认为最佳的机会在于数据处理与通讯,“如果发生严重的危机,这两个领域也会有适当的增长”并且强调 指出微型计算机在计算机中将会有重大的增长‘鉴于资本主义制度的腐朽,该公司预言电池第二个良好市场是安全设备市场,由于犯罪率及其他因素的不断上升,将使商业 火警与安全设备有较大的扩大,预计从年的亿美元增至年的亿美元这些设备的增长,也将导致 电他需求的增长资本主义世界为着摆脱经济危机带来的萧条,他们的办法之一就是掀起技术革新,新技术的诞生,就 可能刺激消沉企业的投资,他 们认为新产品是开拓新的需要与市场的“生命力”从近年来微型化电子器件的发展进入到日常家庭生活与军事部门,从而在某种程度上使曾经停滞不前的电池产量又继续增长,从这里也可以看到资本主义生产的一个侧面写照。

二、锌锰干电池在一次电池中的地位与受到的挑战上面讲的是 日益发展的技术对各类电池提出的总的需求趋势,那么锌锰干电池在整个一次电池中所占的地位又怎样呢据统计,年全世界生产了总共一百亿只干电池,锌锰干电池占了九十亿只,即占干电池总产量 的目前比较一致的看法是至少在若干年内,锌锰干 电池仍将居于遥遥领先的地位例如共等人认为“至少十年内,勒克朗谢干电池仍然将在各种一次电池中居首位””从日本这样高度技术发展的国家来看,勒克朗谢干电池在其一次 电池中所 占比例近年来虽然不断地下降,但仍然在以上,如表所示表近年来日本锌锰千 电池产盘 占一次电池中的 比率年份锌锰 干电池所 占然而,正如从勒克朗谢干电池诞生之时起,人们就一再预言过它 的末日来临一样,现在也有几种悲 观的论调一勒克朗谢干电池的性能已满足不了发展着的电子机具的需要,因而必然要走向衰落的时代,而代之以新系列诚然,如果勒克朗谢干电池技术始终没有进展,那当然会被淘汰实际上由于技术的更新,性能不断地满足 日益发展的电子器具的需要,因此也带来它不断的发展以美国型手电池为例,欧姆 ’放年为分钟,年增至分钟,年增至表各种系列在,用电气其中趁用性比较‘“电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电电日日日日匕匕匕池池毛毛毛毛毛毛毛毛 设设备备流流勒克克 期讲讲碱性性永 电池池 消消消消‘ 高性“际一蔺丽丽锌住住与与 耗耗耗耗耗耗耗银电池池。

⋯暑对讲机晶体管收音机无戏电盒式磁带谋气炉点 火器石油炉点 大器中等负待一回一回手表仪计试听子钟电浏助照相机注适用性优者用表示,适用性良者用表示台肠分钟,到今天,已超过分钟了一再如旧本的超高性能电池欧姆间放巳达因此 虽然出现了碱性锌锰、汞电池、银电池、锌空电池、镍镐电池与之竞争,但由于锌锰干 电池的性能的不断改进,在适应性上仍然能与现已商品化的其他系列相抗衡,就其应 用的广泛性上来说,还未有其他商品化系列能与之匹敌的,因而继 续保住了它领先的地位表示 出不同系列 在 当前常用电气设备中适用性的比较由表可以看出,对重负荷输出来说,高性能锌锰干电池的适用性都不大行了,‘而超高性能锌锰干电池却能适用据统计,目前重负荷消耗的电子器具占左右因此要使锌锰系列发挥作用,必须向超高性能电池方向发展浆糊电池已不适应现代化机具的要求了二对锌锰干 电池最为悲观的预言可能要数年在美国召开的“电化学的前三十年与今后三十年”讨论会上有人所作的估计‘’吕,“似乎这种指锌锰干电池浪费的电池锌只用 了一,由于原料的缺乏原材料来源耗尽预测锌与二氧化锰分别为八十年与九十四年,或者由于原料价格的上涨若千时期来已有这种迹象,而有可能被撵出市场”。

诚然,锌的资源是较为贫乏的,以美国为例,从年到年锌的总产量急剧下降,而其他金属却增长了,如表所示表美国几种金属产遥’ ‘一电解产量 短 叱勺占总量电解产量短 吨占总量凡甘,,,,,,,︵甘‘占︺一短叱约等于但是在已商品化的一次 电池中,阳极材料差不多都是使用锌,如碱性锌锰、锌汞、锌银、锌空等,如果说 由于锌原料的缺乏,锌锰干电池将被淘汰,那末其他一次锌 电池也不会有美好的未来其次,如果注意到电池使用后,锌锰等原材料只发生了形式上价态的变化,那末通过适 当方法,回收处理,较之开矿冶炼,可能还会省事得多,预计回收率可达左右从环境保护、废物利用的观点看,这是一种必然的趋势例如国外近年来已发表若干废 电池回收处理的专利,有的利用酸溶废电池法,然后进行电解回收锌锰“已经引起了人们的注意至 于锰的资源问题,更是用不着担心自从年首次发现锰结核以来,现在基本查明在海洋底部,锰结核的蕴藏量极大,它是海洋提供人类的又一种巨大的物质财富据估计‘ 〕仅太平洋就蕴藏着’“吨锰结核,其中含锰四千亿吨,比陆地储量多二百倍整个海洋底 的锰结核的埋藏量,从现在消费来看,可开采两万四千年更有甚者,据报道’,,由加拿大的国际镍公司为美国电池公司的母公司与日本住友集团参加的国际海洋管理集团最近已成功采到约三百吨锰结核,该财团争取年左右实现商业化,年建立合算的开采体制,并且声称提炼锰结核的技术巳大体掌握。

加上目前电解锰技术的进展,将来利用海底锰结核作为电解锰的原料,制造 出的电解二氧化锰作为电他用锰的时期可能不会太遥远了三是否有真正 的挑战首先让我们 看看各种一次 电池的现状,如表所示表各种一次电池现状‘ 吕存命劝翔朴年贮寿创比量际实能比量论理能 电化学系列热力学 电位 伏⋯瓦时 公斤瓦时 公斤美分安时勒 克朗谢电池一一城性锌锰电池锌汞电池一一一镁锰电池”—,一锌一空电池一空气柱 非 水电池‘‘一一一多人一一哎口一一︸勺一七工一一内不矛﹄﹂一,二一,二 二,二一,几一公由表可以看出,有些系列的电化学性能是优于勒克朗谢干 电池的但是评价一个电化学系列,决不只是 电气性能一项虽然这是重要的一条,其他如原材料的来源、价格是否低廉、工艺是否简易、对环境是否污染‘”⋯等等必须作综合的考虑 与全面衡量正如表中所示,到目前为止,所有其他一次电池按其普遍适用性都较锌锰干电池差些一次汞电池、银电他只适于小型机具轻负荷下使用真正能大大提高能量密度的是铿电池和锌空电池但据征询几家电池厂对铿电池的未来的意见‘’,所得到的答复是将在市场上稳定的乐 观前景到根据现有铿的生产与加工成本昂贵的谨慎怀疑论都有按瓦 时美元计,铿 电池的竞争能力已接近某些碱性电池,但仍未达到大量销售水平。

与勒克朗谢 电池广阔市场相比还相距甚远据称日本松下“”牌型铿 电池每只售价美元,而美国一的铿 电池连邮费为美元前者为电池,后者为型 电池近年来,似乎电池是一种有前途的系列锌空电池同样引人注目,研制工作正在大力进行美国主要是公司与一一公司资助下进 行的近期目标是制造扣式电他的方 法是 由燃料电他的研制中派生出来的,使用一个薄而起催化作用的导电网、衬以疏水膜最 近公司声称《“,它已研制出用于液晶显示 手表的“”牌“锌空”微型电池,并已投入市场,早在年月,该公司曾声称已将这种电池用于助听器但对锌空电池的前景,也有不同的看法,如在国际电化学学会第届会议上,有人认为由于锌空电池所固有的缺点,从而限制了它应用的范围‘“ ’碱性锌锰具有一系列优点,无疑是具有很大的竞争能力的,尤其在重负 荷放电方面因此各国给予了充分重视,年产量在逐年扩大,是在一次电池中仅次于勒克朗谢电池的一种商品电池然而,勒克朗谢电池仍然是应用最广的电池其原因,除了它本身能量密度较为适中,贮存寿命性能优良外,主要在于它价格低廉,结构没有临界,生产过程 易 于机 械化‘因此,一百年来,在一次。