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「電池」のあれこれ

更新日:2021年12月17日



はじめに

蓄電池は突然の開発から生まれたものではなく、歴史の偉人たちと技術の発展によって今の蓄電池があります。

蓄電池の始まりは、1859年にフランス人のプランテ氏が発明したものだと言われています。 そこから様々な技術の発展を経て今に至り、蓄電池と私たちの生活は切っても切れない関係になっていると言っても過言ではありません。

現代ではさまざまな所で蓄電池が利用されており、その用途によって蓄電池の種類が違うことは皆様はご存知でしょうか? 今回は蓄電池の種類についてお伝えしたいと思います。

蓄電池の中に電気があるの?


まず、電池には大きくわけて二種類あります。

乾電池などの使い切りのタイプの電池は一次電池、充電ができるものは二次電池と呼ばれており、蓄電池は二次電池に分類されます。 蓄電池に限らず、電池の中に電気自体が詰まっているわけではありません。 電池には電解液と二種類の金属(正極と負極)が使用されており、その電解液と正極、負極の化学反応によってエネルギーが発生し、それを電気として活用しています。

この電解液と正極・負極の素材が違うだけで、化学反応によって生じるエネルギーの量や質に違いが出てきます。 現在主流として使われている蓄電池は4種類と言われており、それぞれで用途が変わります。



蓄電池の種類

■リチウムイオン電池 リチウムイオン電池は、スマートフォンや携帯電話、パソコンなどの、私たちがよく使う電子機器に多く使われている蓄電池です。 電解液は有機電解液、正極にリチウム含有金属酸化物、負極に炭素材が使用されています。 化学反応によって生じるエネルギー効率がとてもいいため、技術開発が盛んに行われてきたという特徴があります。 その結果、大容量のリチウムイオン電池も作れるようになり、家庭用蓄電池や電気自動車など大型の電子機械の蓄電池としても使われるようになりました。 リチウムイオン電池の家庭用蓄電池を購入の際に、補助金が出るという自治体もあります。 ■ニッケル水素電池 充電ができる単三電池などの乾電池を使った事がある人も多いかと思いますが、それらの乾電池もニッケル水素電池に分類されます。 電解液に水酸化カリウムのアルカリ水溶液、正極はオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金が使用されています。 電池の寿命が長く、急速充電や急速放電ができるなどの特徴があり、乾電池の他に鉄道システムや一部のハイブリットカーに使われています。 ■鉛蓄電池 鉛蓄電池については、電解液は希硫酸、正極に二酸化鉛、負極に鉛が使用されています。 蓄電池の中では一番歴史があると言われており、そのため、フォークリフト、通信機器、バックアップ電源など非常に幅広い用途に利用されています。 <鉛蓄電池の極板の構造> クラッド式: ガラス繊維でできたチューブの中に鉛粉を詰めてあります。 チューブは鉛粉が電解液に溶けるのをなるべく抑える役目があり、そのため長く使うことが可能と言われています。 ペースト式: 格子状の骨組みにペースト状にした鉛などを塗り込んだ物です。 極板の面積が広いため化学反応が起こる範囲が広がり、エネルギー発生率が高くなります。 寿命はクラッド式の方が長いですが、それでも長持ちはします。 <鉛蓄電池の電解液の構造> ベント形: 電気分解反応に発生した酸素ガスなどを逃がすための通気口があります。 また、電解液の水分は電気分解反応や自然蒸発で徐々に無くなっていくため、精製水の補給が必要です。 ベント型が最初にできた鉛蓄電池とされています。 制御弁式: 微細ガラスマットの中に電解液を入れたり、電解液をジェル状にしたりと密封性が高く、電解液の水分の自然蒸発を防ぐため、精製水の補給が要りません。 その性質上、電解液が漏れないため横向きにして使う事も可能です。 電気分解の反応で発生するガスに関してはなるべく発生を抑え、中で循環させる仕組みになっています。 内圧が異常に上がる場合もありますがその場合には内圧を下げるために安全弁が開き、内圧が通常に戻ると安全弁も閉じます。 NAS電池 NAS電池は、工場などの大規模施設などによく使われています。 電解質はβ-アルミナ、正極に硫黄、負極にナトリウムが使われています。 特徴としては、エネルギー効率がリチウムイオン電池と同じぐらいあり、寿命も長く、価格が他の蓄電池に比べて比較的安いことです。 しかし、硫黄は第2類可燃性固体、ナトリウムは第3類可燃性固体として国の危険物指定になっているため、一般の人では扱いができず、扱うには専門知識などが必要です。 まとめ

今回は少し専門的なお話になってしまいました。

蓄電池は大容量のものほど購入の際の費用は高くなることや、長持ちするとはいえ寿命があることは他の記事でもご紹介している通りです。 今後の技術の発展で、費用も安く、大容量で寿命もかなり長くなった蓄電器が発明されれば、蓄電器の普及がさらに進むのではないでしょうか。


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