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當孩子問「為什麽只有2號、5號、7號電池,沒有4號、8號、9號、10號電池呢?」時該怎麽回答?

2021-12-03親子

(20211208少量補充修改)

(20211207補充修改)

推薦性國家標準GB/T 8897.2【原電池 第2部份:外形尺寸和電效能要求】,即相當於IEC60086-2標準中可以查到國產圓柱形鋅錳幹電池(「碳性電池」)和堿性電池的型號、尺寸等。IEC60086-2有多個更新版本,與之相應的GB/T 8897.2也有多個版本,這裏以較新的GB/T 8897.2-2013為例,最新的GB/T 8897.2-2021於今年11月1日才開始實施。

GB/T 8897.2-2013中,圓柱形鋅錳幹電池(「碳性電池」)的型號有:

R40:即甲電池

R20S、R20P:即一號電池(R20P為高功率電池)

R14S、R14P:即二號電池(R14P為高功率電池)

R6S、R6P:即五號電池(R6P為高功率電池)

R03:即七號電池

R1:即八號電池

對應的圓柱形堿性電池也有LR20、LR14、LR6、LR03和LR1,即一號、二號、五號、七號和八號堿性電池,但多一種LR8D425堿性電池,即九號堿性電池,對應國外的AAAA電池。

過去曾有資料說九號電池應該是R61電池,九號堿性電池是LR61電池,但實際上九號電池(AAAA電池)基本不生產普通鋅錳幹電池(「碳性電池」),也就是說R61電池很少生產,LR61堿性電池有生產,與LR8D425堿性電池尺寸接近但不完全相同,目前說的九號電池應該都是LR8D425堿性電池,LR61堿性電池則作為組合電池或者疊層電池中的電池芯使用,例如4LR61電池和6LR61電池,6LR61電池即9V堿性疊層電池,可代替6F22疊層電池,即普通9V疊層電池,目前常用於儀表等,例如萬用表。

3R12、3R12S和3R12P仍保留在GB/T 8897.2-2013標準中,標準中有外形,從外形看明顯是3節圓柱形電池封裝在一起組成的電池包或者組合電池,如果裏面的電池芯是R12電池的話,從編號介於R14(二號電池)和R10(四號電池,目前已停產)來看,單體R12電池芯可能就是所謂的「三號電池」了,這可能說明R12「三號電池」至少從上世紀60年代開始(參見下面的「國產幹電池特性表」)就一直是做成3R12這樣的組合電池銷售的,沒有銷售1.5V的單節電池,所以也就沒有零售的單節「三號電池」。 @江漢居士 的考證應該是正確的。

在網上查了一下,竟然還有3LR12堿性組合電池銷售,說明可作為礦燈電池,是否說明3R12組合電池當年也是主要用作礦燈電池等特種套用場合電池的?

3LR12堿性組合電池

特種套用場合的電池筆者當年見過一些,曾見過一種鐵路專用的3V訊號燈電池,外包裝是較大的方形紙盒,引出正負極兩條導線,估計裏面也是兩節電池的組合。

這樣一來,除了「六號電池」之外,甲電池,一號到五號電池,七號到九號電池都應該已經考證出來。

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可以肯定地說,中國從上世紀60年代就開始生產目前稱為一號(大號)、二號和五號的電池,下表是【無線電】雜誌1965年第6期【供收音機使用的幹電池】一文中的「國產幹電池特性表」:

【無線電】1965年第6期「國產幹電池特性表」

可見,那時就已經很明確了:圓柱形電池中,大號(一號)電池對應國外的D電池,國產型號R20;二號電池對應國外的C電池,國產型號R14;五號電池對應國外的AA電池,國產型號R6。這三種電池型號一直沿用到今天,與國外電池的對應型號也沒有變化過。

另外還有一種國產型號R40的圓柱形電池,個頭很大,一般俗稱「甲電池」或者「甲號電池」,常用於老式磁石電話(搖把子電話),也可用於老式電話交換機房等通訊部門的備用電源。甲電池上世紀80年代時還能在一些中學或者大學的物理或者電學實驗室裏見到,現在也仍有少量使用,網上也還有銷售。

這些圓柱形電池基本都是圓柱形鋅錳幹電池,也就是今天的「碳性電池」,以鋅筒為負極,碳棒為正極,氯化銨為電解質,二氧化錳為去極化劑,實際二氧化錳才是真正的正極材料,因此稱為鋅—二氧化錳電池體系或者鋅錳電池體系,學術上也稱為勒克朗謝(Leclanché)電池體系,電池總反應是:

\ce{Zn + 2MnO2 + 2NpCl = Zn(Np)2Cl2 + 2MnO(OH)}

這些圓柱形鋅錳幹電池,無論體積大小,電化學原理決定了單節電池的標稱電壓都是1.5V。以氯化銨為電解質的普通鋅錳幹電池能量密度不高,內阻偏大,最大放電電流小,容量不十分固定,間歇放電比連續放電壽命長得多,這是鋅錳幹電池的固有缺點,但有時也可能反而是優點,例如R40甲電池用於中學物理電學實驗有很多好處:第一是受到鋅錳幹電池能量密度和放電電流的限制,即使發生短路誤操作(這在中學實驗中是無可避免的),最多燒壞導線,不會發生電池整體爆裂起火的事故;第二是免維護,不像鉛蓄電池即使不使用也要經常充電;第三是中學物理實驗都是分班級分時段進行,一節實驗課真正使用電池的時間並不長,電池間歇放電,使用壽命很長,一組學生使用的兩只或者四只R40甲電池實際可以在免維護的情況下使用好幾學期甚至幾年,綜合算下來成本反而是很低的。

【無線電】雜誌1976年第7期又給出了一張稍新的【國產幹電池特性表】,筆者截取了其中有關圓柱形電池的一部份貼圖在這裏(條件所限截圖不太清晰),作者姓名標示是「北京電池廠技術科」和「上海電池廠技術資料室」,顯然直接反映了當時國產電池的生產情況。

【無線電】1976年第7期【國產幹電池特性表】(一部份)

從這張稍新的【國產幹電池特性表】中可以看出,中國一直生產R40、R20、R14和R6圓柱形電池,也就是甲電池、一號(大號)電池、二號電池和五號電池,這時又增加了一種R10電池,即四號電池。四號電池筆者小時候還見到過,實際上相當於五號(R6)電池的短粗版本,基本專用於晶體管(半導體)收音機,容量比五號電池稍大,由於使用面不廣,80年代中後期即不再生產。

除此之外,當時還有一種很小的R1圓柱形電池,即八號電池,這種電池在當時屬於特種電池,專用於耳聾助聽器等需要輕小體積電源的場合,上世紀80年代初很流行的微型三管耳塞收音機也用過這種電池。

【中學科技】雜誌1982年第1期封底給出的微型三管收音機電路
【中學科技】雜誌1982年第1期封底給出的微型三管收音機照片中可見用八號電池供電

七號電池,即R03電池,是上世紀80年代末到90年代初,開始仿制國外AAA電池尺寸的一種國產圓柱形電池,比五號電池尺寸小,但比八號電池尺寸大,也就是說R03電池即相當於國外AAA電池,用於袖珍AM/FM收音機、遙控器等場合。

也就是說,至少可以追溯到上世紀60年代,然後直到上世紀80年代末或者90年代初,中國生產過的普通圓柱形鋅錳幹電池(「碳性電池」)可以完全確定的至少有7種型號:

R40:甲電池

R20:一號(大號)電池(國外型號D)

R14:二號電池(國外型號C)

R10:四號電池

R6:五號電池(國外型號AA)

R03:七號電池(國外型號AAA)

R1:八號電池

這些電池都是單節電壓1.5V的圓柱形鋅錳幹電池,一般來說體積越大容量就越大,在筆者的記憶中,以及能查閱到的相關資料中,中國應該未生產過單節電壓1.5V的圓柱形「三號電池」和「六號電池」。

上世紀90年代之後中國開始生產堿性電池,並逐漸得到廣泛套用,堿性電池仍然屬於鋅—二氧化錳電池體系,只是更換了氫氧化鉀等堿性電解質,圓柱形堿性電池的單節標稱電壓也是1.5V,電池型號就在原圓柱形鋅錳幹電池型號的前面加字母「L」表示,例如LR20、LR6、LR03等,仍然稱為一號電池、五號電池、七號電池等。

因此,電池編號中缺少「三號電池」和「六號電池」應該是歷史原因。