蓄電池

2019/02/26

リチウムイオン電池以外もあった!蓄電池の種類と特徴

蓄電池と聞くと「リチウムイオン電池」を思い浮かべる人も多いかもしれません。でも、実はそれ以外にも「鉛蓄電池」「ニカド電池」「ニッケル水素電池」「NAS電池」といった種類も存在します。この記事では、蓄電池の種類と特徴を解説します。

リチウムイオン電池

「リチウムイオン電池」は、正極にリチウム含有金属酸化物を、負極にグラファイト等の炭素材を、電解液に有機電解液を使用した蓄電池のことを指します。ニッケル水素電池などで発生するメモリー効果が小さいため、実用化されてからは一気に普及しました。

リチウムイオン電池の特徴

リチウムイオン電池は、小型化や高密度化に優れているだけでなく、蓄電池内の残存容量や充電状態が把握しやすいという特徴があります。そのため、家庭用蓄電池でもっとも多く使われており、ノートパソコンやスマートフォンのバッテリー、電気自動車のバッテリーなどにも採用されています。

一般的に「蓄電池」という場合、このリチウムイオン電池を指す場合が多いでしょう。

鉛蓄電池

「鉛蓄電池」は、正極に二酸化鉛(PbO2)を、負極に鉛(Pb)を、電解液に希硫酸(H2SO2)を用いた蓄電池です。開発されたのは1859年で、蓄電池の中でも最も古い歴史をもつのがこの「鉛蓄電池」で、非常用電源やフォークリフト等の電動車用主電源としても用いられるなど、幅広い分野で活躍しています。

鉛蓄電池の特徴

鉛蓄電池は、他の蓄電池に比べて安価という特徴があります。また、蓄電池の中でもっとも歴史が長いので、数多くの使用実績と、それにともなう信頼も豊富です。

ただし、鉛蓄電池は満充電から放電までのサイクル回数が増加することで性能が低下してしまうという欠点もあります。

鉛蓄電池の極板種類による区分

鉛蓄電池には、極板の種類により「クラッド式」と「ペースト式」2つの区分が存在しています。

●クラッド式
「クラッド式」の鉛蓄電池は、チューブ状に編み上げたガラスの繊維を焼き固めて、その中に極板活物質を充填したもので構成されています。「クラッド式」の鉛蓄電池には、長期間使用しても有害な不純物が溶け出す恐れがないため、衝撃や振動に強く長寿命が期待できるという特徴があります。

●ペースト式
「ペースト式」の鉛蓄電池は、格子体(極板の骨組み)にペースト状にした活物質を塗り込んで極板にしています。寿命に関しては「クラッド式」ほど長くはありませんが、高率放電に優れているため、自動車用バッテリーや無停電電源装置、非常用電源などで利用されています。

鉛蓄電池の構造上の区分

鉛蓄電池には、「ベント形鉛蓄電池」と「制御弁式鉛蓄電池」という2つの構造上の区分が存在しています。

●ベント形鉛蓄電池
鉛蓄電池の開発当時から存在していたのが、「ベント形鉛蓄電池」という構造です。

「ベント形鉛蓄電池」は、充電中に水の電気分解反応・自然蒸発が起こり電解液中の水分が失われるため、精製水を補給しなくてはいけません。

●制御弁式鉛蓄電池
1980年代半ばに登場したのが「制御弁式鉛蓄電池」という構造です。「制御弁式鉛蓄電池」は、セパレータに使用している微細なガラスマットに電解液を保持するという方法採用しており、横置きにすることができなかった「ベント形鉛蓄電池」の欠点をクリアしています。

ニカド電池(ニッケル・カドミウム蓄電池)

「ニカド電池」は、正式名称をニッケル・カドミウム蓄電池と言い、正極に酸化水酸化ニッケルを、負極にカドミウムを、電解液に水酸化カリウム水溶液を用いた蓄電池です。

ニカド電池は自然放電が大きいため、消費電力小さく長期間稼働させ続ける機器には不向きです。反対に、高出力なモーターなどには向いているため、現在でもラジコンや電動工具の蓄電池として使用されています。

ニカド電池の特徴

「ニカド電池」は内部抵抗が少ないという特徴があり、大電流の放電も可能となっています。また、電圧がほぼゼロになるまで放電を行っても、充放電を数回繰り返すことによって容量を回復させることができます。その他には、0~-20℃という低温環境でも使用が可能といった特徴もあります。

ニッケル水素電池

「ニッケル水素電池」は、負極に水素吸蔵合金を、正極にオキシ水酸化ニッケルを、電解液に水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を用いた蓄電池のことを指します。1990年に実用化されると、欠点の多かったニカド電池の代わりとして普及が進みました。また、高容量のためリチウムイオン電池の登場までは携帯機器の電源などでも使用されていました。

現在でも乾電池やハイブリッド車の蓄電部などに採用されています。

ニッケル水素電池の特徴

「ニッケル水素電池」の特徴として、ニカド電池に含まれていた有害なカドミウムを含まないため、環境への負荷が低いという点が挙げられます。また、ニカド電池よりも大容量にすることが可能で、リチウムイオン電池よりも爆発の危険性は少ないと言ったメリットもあります。

NAS電池

「NAS電池」は、日本ガイシ株式会社だけが製造している蓄電池で、工場や大規模施設などのバックアップ電源などに用いられているほか、再生可能エネルギーの出力安定のための利用にも期待されています。

NAS電池の特徴

「NAS電池」には非常に効率よく充放電を行えるという特徴が備わっていますが、正極に硫黄、負極にナトリウムを用いているため、危険物の取り扱いに長けた専門家のもとで運用する必要があります。また、動作させるためにはヒーターなどで300度程度まで温める必要があり、常温で動作しないことも課題として挙げられています。

家庭用蓄電池=リチウムイオン電池

ここまで様々な蓄電池をご紹介してきましたが、家庭用蓄電池として採用されているのは、ほぼ100%「リチウムイオン電池」です。その理由としては、小型化や高密度化に優れていることや、蓄電池内部の残存容量や充電状態が把握しやすいといった点が挙げられます。

そんな蓄電池の需要が、2019年以降高まっていくと予想されていることをご存知ですか?蓄電池の需要が高まる理由には、「太陽光発電のFIT期間満了」が深く関わっています。

太陽光発電のFIT期間が満了したら蓄電池!

太陽光発電のFIT(固定価格買取制度)は、2019年から満期をむかえはじめます。FITの満期をむかえた太陽光発電ユーザーは、新たに蓄電池を設置して「太陽光発電で作った電気を蓄電池に貯めて自宅で使う」といった選択をするケースが増えていくと予想されます。

そういった蓄電池の需要に備えて、蓄電池を販売している各メーカーは現在、価格の低下や性能アップなどの改良に取り組んでいる真っ最中です。実際もう既に、従来の蓄電池よりも安価で購入しやすい蓄電池を発売しているメーカーもあります。

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