Page 45 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

DESIGN CORNER
壓，以獲得以每瓦特/小時(Wh)為 單位的能量。例如，1.2V的鎳氫電 池和3.2V的鋰離子電池可能具有 相同的容量，但鋰離子的較高電 壓會增加其能量。
有高容量的電池，實際上的效能可 能不盡理想。例如，將一顆標示為 2Ah的電池，連續放電20小時，仍 無法提供1小時的2A電流，而只能 提供一小部分容量。
些教科書中能找到相關的數值。 3.電壓:電池工作電壓是另一 個重要的考量因素，由所使用的電 極材料決定。一個簡便的電池分類 方式，是將其分類為水基或水性電 池與鋰離子電池。鉛酸、鋅碳和鎳 金屬氫化物(NiMH)均使用水基電 解質，其電壓範圍為1.2~2V。另一 方面，鋰離子電池消耗的是有機 電解質，其電壓為3.2~4V (原電池
開路電壓通常用於能源計 算——即未連接到負載時的電池 電壓，然而，容量和能量在很大程 度上取決於能量消耗率。理論上， 容量僅由活性電極材料(化學)和活 性質量決定;然而實際上，由於存 在非活性材料和動力學限制，導 致實際的電池只能達到理論中容 量的一小部分。這些會使我們無 法充分利用活性材料，並在電極 上產生堆積。
高功率電池以高耗電率提供 快速放電能力，例如電動工具或汽 車啟動電池，通常高功率電池就具 有低能量密度。可以把功率與能量 之間的關係，想像成一個有出水孔 的水桶(圖2)，越大的水桶可以容 納更多的水，就如高能量的電池。 出水孔的尺寸就類似於電池的功 率——功率越高，能量消耗率越 高。要增加電池能量，通常會將電 池尺寸設計的更大;若要增加功 率，則會降低電池內的電阻。總歸 一句，電池結構設計與高功率密度 的電池的關係密不可分。
與蓄電池皆是)。 許多電子元件的最低工作電
電池製造商通常會在指定的 放電速率、溫度和截止電壓的條 件下，標示其電池容量。指明的容 量將取決於以上三個因素，在互相 比較製造商的容量等級時，請特別 關注能量消耗率。如果其應用的電 流消耗較高，則在規格表上看似具
可以比較教科書中，不同化學 物質的理論和實際的能量密度。但 是，由於功率密度在很大程度上取 決於電池結構，因此幾乎無法在這
壓為3V。鋰離子電池的工作電壓更 高，因此可以只使用單顆電池，而 不用串聯兩或三個水性電池來構成 所需的電壓。另一件值得注意的是 電池化學成分，如二氧化鋅錳(Zn/ MnO2)具有較陡斜的放電曲線，而 另一些則具有較平坦的曲線，這些 會影響截止電壓(圖3)。
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圖2:電池能量vs.功率。
圖3:基於電池化學成分的電壓圖。
4.溫度範圍:電池化學成分決 定了應用的溫度範圍。例如，基於 水性電解質的鋅碳電池不能在低
2022年7月 | www.eettaiwan.com