2013/08/14

金か銅か

今回はひさびさに実験です。

ミニ四駆はモーターと電池だ!と思う部分が強い僕なのですが
今日は電池の金具、要はターミナルの話。

ターミナルといえばキット付属のターミナルか
もしくはGUPのゴールドターミナルになりますよね。

両者の特徴としては
 銅 錆びるのでメンテナンスが必要だけど通電性が高い
 ゴールド 錆びないのでメンテナンスが不要
といった感じだと思います。

銅と金の電気伝導率を比較すると銅>金になるので
化学的に見れば銅ターミナル>ゴールドターミナルになると思います。
まぁ、これはミニ四駆的にも定説ですよね。

金属の電気伝導率だけ見ればそうなのですが
実際のミニ四駆では電池を端子に詰めるという動作を行ってるわけで
伝導率以外、例えば素材の柔らかさ等の影響もあるんじゃないかな?と思います。

そんなわけで、実際銅ターミナルとゴールドターミナルってどっちがいいのよ?
ってことを調べてみました。

実験方法はこんな感じ


VSシャーシに金具を付けて、電池を入れて放電をする。
実にシンプルなテスト方法ですね。

ちなみに充放電器はiCharger208Bを使用。
電池は富士通プレミアムG(2023/06ロット)を放電してテストをします。
ニッケル水素は同じコンディションを作るのが面倒なので今回はアルカリで。

ターミナルは新品開封直後の銅ターミナルと
同じく新品開封直後のゴールドターミナルを使用します。

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まずは銅ターミナル。
放電前に内部抵抗を計測すると


こんな感じ。

接触の影響を減らすために電池を回したりして
複数回計測しましたが、210~220mΩでした。
これが電池+端子の抵抗値ですね。

これを2Aで3分ほど放電してみます。


こんな感じになりました。

で、次にゴールドターミナル。
同様に放電前に内部抵抗を計測すると・・・


!?
同様に複数回計測しましたが、190~200mΩでした。
ゴールドターミナルのほうが抵抗が低いとは・・・これは想定外。

同じく2Aで3分ほど放電してみます。


こんな感じ。

で、先ほどの銅ターミナルのグラフと合せて比較すると・・・



!!
ゴールドターミナルのほうが常に電圧が高いという結果に。
抵抗値が低かった時点で予想はできましたが、本当にこうなるとは。
この時点で銅>金という定説が崩れてしまいました。

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今度は放電電流を増やして3A放電。
まずは銅ターミナル。


こんな感じ
2Vカットの設定にしていたところ、1分50秒で放電カットされました。

次はゴールドターミナル


やはり2Vカットされましたが、放電された時間は2分12秒。
ゴールドターミナルのほうが20秒近く長く放電されました。
となるとグラフを合せると・・・


やはりゴールドターミナルのほうが常に電圧が高くなりました。
しかも2A放電の時以上の差が出ました。
大電流になると、ゴールドターミナルのほうが明らかに良さそうですね。

実際のレースでは3分も放電することはないので
レースベースで見て60秒間の放電だけでグラフをまとめてみると


こんな感じ。

基本的にゴールド>銅の結果で、
大電流になるほどゴールド>銅の関係が強くなる結果になりました。
電圧の差で考えると、おそらくチェッカー上の差はないけれど
実走するとタイム差が出るっていうレベルの差かと思います。

とはいえこの実験の前提条件としては
・銅ターミナルは磨いていない
・電池はニッケル水素ではなくアルカリ(プレミアムG)である
という2点の前提条件があるので何とも言えません。

例えば磨いたターミナルを使えば関係が変わる可能性もあります。
電池をニッケル水素にした場合も同じことが言えます。
なのでそれらの環境の人はそれはまた別の話ってことで。

この実験としては、新品のターミナルをそのまま使ったうえで
さらにアルカリ電池(特にプレミアムG)を使うという環境下では
銅ターミナルよりゴールドターミナルのほうが良いってことが言えそうです。
少なくとも、ゴールド使えば間違いない!って感じですね

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しかし、化学的には銅>金になるはずの結果が
金>銅になったっていうのはすごく考えてしまいます。

おそらく端子を全て密着させるなら銅>金になるのかもしれませんが
ミニ四駆の構造だと、端子が取り外し可でさらに電池をはめ込む形式なので
端子同士が密着してない、もしくはアルカリ電池の端子がザラついてるとか?

そうなると、銅だと点接触になるけれど、
素材が柔らかい金は接触点が増えて通電性が上がるという可能性も?
これはあくまで想像の話ですが。

この推測が正しかった場合、接点剤(ナノカーボン等)を使う場合
銅ターミナルのほうが効果がありそうだなと思いますし
それらを詰めたらやっぱり銅>金になる可能性もありますね。
これはテストしたいところ。

ちなみに2A放電は超大径アトミ、3A放電は小径ダッシュ(HD2)を想定してます。
これらの環境で遊ぶ人がいた場合には何らかの役に立つのかな?

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