当孩子问「为什么只有 2 号、5 号、7 号电池,没有 4 号、8 号、9 号、10 号电池呢?」时该怎么回答?

当孩子问「为什么只有 2 号、5 号、7 号电池,没有 4 号、8 号、9 号、10 号电池呢?」时该怎么回答?

Studio TBsoft,电子工程师

(20211208 少量补充修改)

(20211207 补充修改)

推荐性国家标准 GB/T 8897.2《原电池 第 2 部分:外形尺寸和电性能要求》,即相当于 IEC60086-2 标准中可以查到国产圆柱形锌锰干电池(“碳性电池”)和碱性电池的型号、尺寸等。IEC60086-2 有多个更新版本,与之相应的 GB/T 8897.2 也有多个版本,这里以较新的 GB/T 8897.2-2013 为例,最新的 GB/T 8897.2-2021 于今年 11 月 1 日才开始实施。

GB/T 8897.2-2013 中,圆柱形锌锰干电池(“碳性电池”)的型号有:

R40:即甲电池

R20S、R20P:即一号电池(R20P 为高功率电池)

R14S、R14P:即二号电池(R14P 为高功率电池)

R6S、R6P:即五号电池(R6P 为高功率电池)

R03:即七号电池

R1:即八号电池

对应的圆柱形碱性电池也有 LR20、LR14、LR6、LR03 和 LR1,即一号、二号、五号、七号和八号碱性电池,但多一种 LR8D425 碱性电池,即九号碱性电池,对应国外的 AAAA 电池。

过去曾有资料说九号电池应该是 R61 电池,九号碱性电池是 LR61 电池,但实际上九号电池(AAAA 电池)基本不生产普通锌锰干电池(“碳性电池”),也就是说 R61 电池很少生产,LR61 碱性电池有生产,与 LR8D425 碱性电池尺寸接近但不完全相同,目前说的九号电池应该都是 LR8D425 碱性电池,LR61 碱性电池则作为组合电池或者叠层电池中的电池芯使用,例如 4LR61 电池和 6LR61 电池,6LR61 电池即 9V 碱性叠层电池,可代替 6F22 叠层电池,即普通 9V 叠层电池,目前常用于仪表等,例如万用表。

3R12、3R12S 和 3R12P 仍保留在 GB/T 8897.2-2013 标准中,标准中有外形,从外形看明显是 3 节圆柱形电池封装在一起组成的电池包或者组合电池,如果里面的电池芯是 R12 电池的话,从编号介于 R14(二号电池)和 R10(四号电池,目前已停产)来看,单体 R12 电池芯可能就是所谓的“三号电池”了,这可能说明 R12“三号电池”至少从上世纪 60 年代开始(参见下面的“国产干电池特性表”)就一直是做成 3R12 这样的组合电池销售的,没有销售 1.5V 的单节电池,所以也就没有零售的单节“三号电池”。 @江汉居士 的考证应该是正确的。

在网上查了一下,竟然还有 3LR12 碱性组合电池销售,说明可作为矿灯电池,是否说明 3R12 组合电池当年也是主要用作矿灯电池等特种应用场合电池的?

3LR12 碱性组合电池

特种应用场合的电池笔者当年见过一些,曾见过一种铁路专用的 3V 信号灯电池,外包装是较大的方形纸盒,引出正负极两条导线,估计里面也是两节电池的组合。

这样一来,除了“六号电池”之外,甲电池,一号到五号电池,七号到九号电池都应该已经考证出来。

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可以肯定地说,我国从上世纪 60 年代就开始生产目前称为一号(大号)、二号和五号的电池,下表是《无线电》杂志 1965 年第 6 期《供收音机使用的干电池》一文中的“国产干电池特性表”:

《无线电》1965 年第 6 期“国产干电池特性表”

可见,那时就已经很明确了:圆柱形电池中,大号(一号)电池对应国外的 D 电池,国产型号 R20;二号电池对应国外的 C 电池,国产型号 R14;五号电池对应国外的 AA 电池,国产型号 R6。这三种电池型号一直沿用到今天,与国外电池的对应型号也没有变化过。

另外还有一种国产型号 R40 的圆柱形电池,个头很大,一般俗称“甲电池”或者“甲号电池”,常用于老式磁石电话(摇把子电话),也可用于老式电话交换机房等通信部门的备用电源。甲电池上世纪 80 年代时还能在一些中学或者大学的物理或者电学实验室里见到,现在也仍有少量使用,网上也还有销售。

这些圆柱形电池基本都是圆柱形锌锰干电池,也就是今天的“碳性电池”,以锌筒为负极,碳棒为正极,氯化铵为电解质,二氧化锰为去极化剂,实际二氧化锰才是真正的正极材料,因此称为锌—二氧化锰电池体系或者锌锰电池体系,学术上也称为勒克朗谢(Leclanché)电池体系,电池总反应是:

这些圆柱形锌锰干电池,无论体积大小,电化学原理决定了单节电池的标称电压都是 1.5V。以氯化铵为电解质的普通锌锰干电池能量密度不高,内阻偏大,最大放电电流小,容量不十分固定,间歇放电比连续放电寿命长得多,这是锌锰干电池的固有缺点,但有时也可能反而是优点,例如 R40 甲电池用于中学物理电学实验有很多好处:第一是受到锌锰干电池能量密度和放电电流的限制,即使发生短路误操作(这在中学实验中是无可避免的),最多烧坏导线,不会发生电池整体爆裂起火的事故;第二是免维护,不像铅蓄电池即使不使用也要经常充电;第三是中学物理实验都是分班级分时段进行,一节实验课真正使用电池的时间并不长,电池间歇放电,使用寿命很长,一组学生使用的两只或者四只 R40 甲电池实际可以在免维护的情况下使用好几学期甚至几年,综合算下来成本反而是很低的。

《无线电》杂志 1976 年第 7 期又给出了一张稍新的《国产干电池特性表》,笔者截取了其中有关圆柱形电池的一部分贴图在这里(条件所限截图不太清晰),作者署名是“北京电池厂技术科”和“上海电池厂技术资料室”,显然直接反映了当时国产电池的生产情况。

《无线电》1976 年第 7 期《国产干电池特性表》(一部分)

从这张稍新的《国产干电池特性表》中可以看出,我国一直生产 R40、R20、R14 和 R6 圆柱形电池,也就是甲电池、一号(大号)电池、二号电池和五号电池,这时又增加了一种 R10 电池,即四号电池。四号电池笔者小时候还见到过,实际上相当于五号(R6)电池的短粗版本,基本专用于晶体管(半导体)收音机,容量比五号电池稍大,由于使用面不广,80 年代中后期即不再生产。

除此之外,当时还有一种很小的 R1 圆柱形电池,即八号电池,这种电池在当时属于特种电池,专用于耳聋助听器等需要轻小体积电源的场合,上世纪 80 年代初很流行的微型三管耳塞收音机也用过这种电池。

《中学科技》杂志 1982 年第 1 期封底给出的微型三管收音机电路
《中学科技》杂志 1982 年第 1 期封底给出的微型三管收音机照片中可见用八号电池供电

七号电池,即 R03 电池,是上世纪 80 年代末到 90 年代初,开始仿制国外 AAA 电池尺寸的一种国产圆柱形电池,比五号电池尺寸小,但比八号电池尺寸大,也就是说 R03 电池即相当于国外 AAA 电池,用于袖珍 AM/FM 收音机、遥控器等场合。

也就是说,至少可以追溯到上世纪 60 年代,然后直到上世纪 80 年代末或者 90 年代初,我国生产过的普通圆柱形锌锰干电池(“碳性电池”)可以完全确定的至少有 7 种型号:

R40:甲电池

R20:一号(大号)电池(国外型号 D)

R14:二号电池(国外型号 C)

R10:四号电池

R6:五号电池(国外型号 AA)

R03:七号电池(国外型号 AAA)

R1:八号电池

这些电池都是单节电压 1.5V 的圆柱形锌锰干电池,一般来说体积越大容量就越大,在笔者的记忆中,以及能查阅到的相关资料中,我国应该未生产过单节电压 1.5V 的圆柱形“三号电池”和“六号电池”。

上世纪 90 年代之后我国开始生产碱性电池,并逐渐得到广泛应用,碱性电池仍然属于锌—二氧化锰电池体系,只是更换了氢氧化钾等碱性电解质,圆柱形碱性电池的单节标称电压也是 1.5V,电池型号就在原圆柱形锌锰干电池型号的前面加字母“L”表示,例如 LR20、LR6、LR03 等,仍然称为一号电池、五号电池、七号电池等。

因此,电池编号中缺少“三号电池”和“六号电池”应该是历史原因。