Perbandingan Prestasi antara Bateri Karbon-Zink dan Bateri Alkali

Dalam era yang dipacu tenaga hari ini, bateri, sebagai komponen teras sumber kuasa mudah alih, digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti elektronik. Bateri karbon-zink dan bateri alkali, sebagai jenis bateri kering yang paling biasa, masing-masing mempunyai ciri teknikal dan prestasi yang unik. Artikel ini akan menjalankan perbandingan mendalam tentang prestasi kedua-dua jenis bateri, dan menyediakan analisis terperinci dan terjemahan Bahasa Inggeris tentang parameter teknikal utama, membolehkan pembaca memahami sepenuhnya perbezaan dan senario aplikasi mereka.

I. Prinsip Asas Bateri

(1) Bateri Karbon-Zink

Bateri karbon-zink menggunakan mangan dioksida sebagai elektrod positif, zink sebagai elektrod negatif, dan larutan akueus ammonium klorida atau zink klorida sebagai elektrolit. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan tindak balas redoks. Semasa nyahcas, zink pada elektrod negatif menjalani tindak balas pengoksidaan dan kehilangan elektron. Elektron ini mengalir melalui litar luaran ke elektrod positif, di mana mangan dioksida menjalani tindak balas penurunan. Pada masa yang sama, penghijrahan ion dalam larutan elektrolit mengekalkan keseimbangan cas.

(2) Bateri Alkali

Bateri alkali juga menggunakan zink sebagai elektrod negatif dan mangan dioksida sebagai elektrod positif, tetapi ia menggunakan larutan akueus kalium hidroksida sebagai elektrolit alkali. Persekitaran alkali mengubah kadar tindak balas dan laluan tindak balas kimia dalaman bateri. Berbanding dengan bateri karbon-zink, tindak balas redoks dalam bateri alkali lebih cekap, membolehkannya memberikan output kuasa yang lebih stabil dan tahan lama.

II. Perbandingan Prestasi

(1) Voltan

Voltan nominal bateri karbon-zink biasanya 1.5V. Apabila bateri baharu digunakan buat kali pertama, voltan sebenar mungkin sedikit lebih tinggi, sekitar 1.6V – 1.7V. Apabila tindak balas kimia berlaku semasa penggunaan, voltan secara beransur-ansur berkurangan. Apabila voltan jatuh kepada kira-kira 0.9V, bateri pada dasarnya kehabisan kuasa dan tidak lagi dapat membekalkan kuasa yang berkesan untuk kebanyakan peranti.

Voltan nominal bateri alkali juga 1.5V, dan voltan awal bateri baharu juga sekitar 1.6V – 1.7V. Walau bagaimanapun, kelebihan bateri alkali terletak pada hakikat bahawa semasa keseluruhan proses nyahcas, voltannya menurun secara beransur-ansur. Walaupun selepas lebih daripada 80% kuasa digunakan, voltan masih boleh kekal melebihi 1.2V, menyediakan bekalan kuasa yang lebih stabil untuk peranti.

(2) Kapasiti

Kapasiti bateri biasanya diukur dalam miliampere-jam (mAh), yang mewakili jumlah cas elektrik yang boleh dilepaskan oleh bateri. Kapasiti bateri karbon-zink agak rendah. Kapasiti bateri karbon-zink bersaiz AA biasa biasanya antara 500mAh – 800mAh. Ini disebabkan oleh ciri-ciri bahan elektrolit dan elektrodnya, yang mengehadkan jumlah keseluruhan bahan yang terlibat dalam tindak balas kimia dan kecekapan tindak balas.

Kapasiti bateri alkali jauh lebih tinggi daripada bateri karbon-zink. Kapasiti bateri alkali bersaiz AA boleh mencecah 2000mAh – 3000mAh. Elektrolit alkali bukan sahaja meningkatkan aktiviti bahan elektrod tetapi juga mengoptimumkan kecekapan pengaliran ionik, membolehkan bateri alkali menyimpan dan melepaskan lebih banyak tenaga elektrik, menjadikannya sesuai untuk peranti yang menggunakan tenaga tinggi.

(3) Rintangan Dalaman

Rintangan dalaman merupakan parameter penting untuk mengukur kehilangan sendiri bateri semasa proses nyahcas. Rintangan dalaman bateri karbon-zink agak tinggi, kira-kira 0.1Ω – 0.3Ω. Rintangan dalaman yang tinggi akan menyebabkan penurunan voltan yang besar di dalam bateri semasa nyahcas arus tinggi, menyebabkan kehilangan tenaga. Oleh itu, bateri karbon-zink tidak sesuai untuk peranti yang memerlukan bekalan kuasa arus tinggi.

Rintangan dalaman bateri alkali agak rendah, kira-kira 0.05Ω – 0.1Ω. Ciri rintangan dalaman yang rendah membolehkan bateri alkali mengekalkan voltan keluaran yang tinggi semasa nyahcas arus tinggi, sekali gus mengurangkan kehilangan tenaga. Ia lebih sesuai untuk memandu peranti berkuasa tinggi seperti kamera digital dan mainan elektrik.

(4) Jangka Hayat Perkhidmatan

Jangka hayat bateri karbon-zink agak singkat. Selepas disimpan pada suhu bilik selama kira-kira 1 – 2 tahun, akan terdapat penurunan kuasa yang ketara. Walaupun tidak digunakan, nyahcas sendiri berlaku. Dalam persekitaran suhu tinggi dan kelembapan tinggi, bateri karbon-zink juga mungkin mengalami masalah kebocoran, yang akan menghakis peranti.

Bateri alkali mempunyai jangka hayat yang lebih lama dan boleh disimpan pada suhu bilik selama 5 – 10 tahun dengan kadar nyahcas sendiri yang agak rendah. Di samping itu, reka bentuk struktur dan ciri elektrolit bateri alkali menjadikannya lebih tahan terhadap kebocoran, memberikan sokongan kuasa yang lebih lama dan lebih stabil untuk peranti.

(5) Kos dan Perlindungan Alam Sekitar

Kos pembuatan bateri karbon-zink agak rendah, dan harga pasarannya juga agak murah. Ia sesuai untuk peranti mudah dengan keperluan kuasa yang rendah dan aplikasi yang sensitif kos, seperti alat kawalan jauh dan jam. Walau bagaimanapun, bateri karbon-zink mengandungi logam berat seperti merkuri. Jika tidak dilupuskan dengan betul selepas dibuang, ia akan menyebabkan pencemaran kepada alam sekitar.

Kos pengeluaran bateri alkali agak tinggi, dan harga jualannya juga agak mahal. Walau bagaimanapun, bateri alkali bebas merkuri dan lebih mesra alam. Tambahan pula, disebabkan oleh kapasiti yang tinggi dan jangka hayat yang panjang, kos per unit tenaga elektrik mungkin lebih rendah daripada bateri karbon-zink dalam penggunaan jangka panjang, menjadikannya lebih sesuai untuk peranti yang menggunakan tenaga tinggi.

III. Jadual Perbandingan Parameter Teknikal

IV. Kesimpulan

Bateri karbon-zink dan bateri alkali masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri dari segi prestasi. Bateri karbon-zink berkos rendah tetapi mempunyai kapasiti yang kecil, jangka hayat yang pendek, dan rintangan dalaman yang tinggi. Walaupun bateri alkali agak mahal, ia mempunyai kelebihan kapasiti yang tinggi, jangka hayat yang panjang, rintangan dalaman yang rendah, dan keramahan alam sekitar yang lebih baik. Dalam aplikasi praktikal, pengguna harus memilih jenis bateri yang sesuai secara munasabah mengikut keperluan kuasa peranti, kekerapan penggunaan, serta faktor kos dan perlindungan alam sekitar untuk mencapai kesan penggunaan dan faedah ekonomi yang terbaik.