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    锂亚硫酰氯电池,无线传感器网络电源新选择

     面向监测建筑物的劣化情况及耕地环境的无线传感器网络系统的电源用途,有一种在耗电量极小的情况下可使用10年的电池备受关注,那就是锂亚硫酰氯电池。这就意味着锂亚硫酰氯电池的自然放电极少,即便放置10年,依然可以正常使用。而一般大多数电池在没有负载的情况下也会自然放电,几年之后便无法使用了。而且,这种电池的价格比利用热量、振动及光能等发电的能量采集设备更便宜。

     

    锂亚硫酰氯电池。 图片:东芝家电

      “目前主要是使用锂亚硫酰氯电池作为无线传感器网络的电源”,大型半导体厂商凌力尔特科技的日本子公司??凌力尔特科技日本的地区统括销售经理小林纯一这样说道。无线传感器网络在广大范围内铺设传感器、以无线方式发送温度等环境数据。作为其电源,不需要更换电池的能量采集设备是很好的选择。凌力尔特也在积极开发和销售用于能量采集设备的电源IC。

      尽管如此,凌力尔特仍把目光投向了电池,小林经理解释了其中的原因:“能量采集设备是利用热量和振动来发电,所以有时会有发电量不均的现象,使用起来不方便。尤其是工业用途,需要时必须使用可靠的电源。很多用途都要求使用可在设计阶段提出定量性能指标的电池。”当然,也有适合使用能量采集设备的用途。但小林经理介绍说,如果能够降低模块的耗电量,很多用途使用长寿命电池就能满足需求。对于讨厌自然环境不稳定而带来不确实性的系统设计人员来说,价格便宜且已被使用的电池是具有现实性的选择。

      利用电极表面的覆膜来抑制自然放电

      凌力尔特在数种电池中看中锂亚硫酰氯电池的理由正是这种电池的自然放电量很小的特点。据介绍,若在完全不使用的情况下保存10年,常温下这种电池可保留初始容量的绝大部分。销售这种电池的东芝家电公司的电池事业部员工大石浩巳表示,“每年的自然放电量在常温下仅为初始值的0.5%左右。虽然放电量会随条件而不同,但自然放电比每年电量以2%的速度减少的二氧化锰锂电池还要少”。锂亚硫酰氯电池自然放电少的原因是,电池内部正负极之间的自然反应很难顺利进行。

    锂亚硫酰氯电池的内部构造,东芝家电的产品

      一般来说,电池通过连接负载、让电子从负极移动到正极,从而产生电流。在锂亚硫酰氯电池中,负极的锂(Li)离子化之后生成的电子会经由负载流向正极。在正极,接纳了电子的亚硫酰氯(SOCl2)会与锂离子一同发生化学反应变成氯化锂等物质(LiCl、S、SO2)。因此,锂离子通过电池内部插入正极和负极之间的隔膜在两极之间移动,也就是说,锂亚硫酰氯电池的能量是基于锂和亚硫酰氯变成氯化锂的化学反应所产生的化学能量。

      因此,如果化学反应不能顺利进行,就会变成“电池没电”的状态。自然放电是负极生成的电子经由电池内部向正极移动并发生化学反应的现象,如果电池内部的化学反应很少,自然放电的速度就会很慢。在大多数干电池中,尽管插入正极和负极之间的隔膜会阻碍电子移动,但实际上电子仍会缓慢移动,造成了自然放电。而锂亚硫酰氯电池中,没有负载时负极的锂的表面会产生氯化锂覆膜,会抑制锂和电子的化学反应(离子化),因此这种电池的自然放电比其他电池少。

      输出电压为3.6V,一直到最后都能保持在一定水平

      目前,销售锂亚硫酰氯电池的企业有日立麦克赛尔、Saft Batteries、TADIRAN BATTERIES及东芝家电等。日立麦克赛尔在网上公开了关于保存特性的图表,并宣传称该公司的产品可在20℃条件下保存10万小时(约11年)。使用最多的用途是半导体存储器等的备用电源,还被用在了燃气及自来水等的MCU仪表上。

    放电电流和持续放电时间,日立麦克赛尔的2750mAh容量产品

    长期保存特性,日立麦克赛尔的2750mAh容量产品

      锂亚硫酰氯电池的特点是,输出电压(标称电压)达到3.6V,在已产品化的一次性电池中最高。即便持续放电,也可在电量耗尽之前保持基本一定的电压。但这种电池很难获得大电流,而且,刚开始通过电流的短时间内电压会降低,因此在进行电源设计时需要考虑这一情况。

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