スマホやデジカメやノートパソコンなど、モバイル製品に欠かせないのが蓄電池・バッテリーです。バッテリー切れでスマホが使えなくなって困った経験がある方もいるようです。電源が取れない場所では、蓄電池が切れるとモバイル機器は使えなくなります。ところが、それだけ重要な蓄電池についての知識が多い方は少ないようです。今回は、蓄電池の仕組みについてやさしく解説します。
1.現代社会では蓄電池なしの生活が困難
蓄電池を簡単に説明すれば、充電することで電気を蓄え、繰り返し何度も使用できる電池です。日常生活ではスマホに蓄電池が入っています。あまり目にすることはありませんが、スマホに内蔵されています。EV車にも蓄電池が搭載されており、蓄電池は現代人の生活に大きく影響を与えているのです。
1-1.一次電池の仕組み
電池の基本原理は、酸化と還元という化学反応を使っています。酸化は物質が電子を失うことで、還元とは逆に電子を受け取ることです。以前からある充電ができない一次電池は、プラス極に二酸化マンガンを使い、マイナス極に亜鉛などの金属が使われています。両極の間には、電気の素となる電解液に苛性アルカリなどを使用しています。
亜鉛は酸化しやすい物質です。電解液に溶けて、マイナスの電気を帯びた電子が放出され、電子はマイナス極から導線を伝わってプラス極に流れていき、プラス極が電子を受け取ります。この酸化と還元の作用によって、電池内で電気が起きています。充電ができない乾電池は、マイナス極の金属から電子がすべて放出されると二度と使えません。
1-2.二次電池の仕組み
一方、蓄電池のなかで主力となっているリチウムイオン電池はプラス極に二酸化コバルトを使い、マイナス極にはリチウムイオン、電解液に炭酸エチレンが主に使用されています。マイナス極のリチウムイオンが、イオン化することで電子を生み出して、それがプラス極に流れ込んで、電力を発生させます。
このようなリチウムイオン電池は、イオン化による化学反応によって、電気エネルギーを生み出しているのです。
2.蓄電池の種類
現在、主に使われている電池は大きく分けて4種類あります。「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「リチウムイオン電池」「NAS電池（なすでんち）」です。それぞれの蓄電池に使われている材料によって特徴があり、能力が最大に発揮できる最適な場所で活躍しています。次章で蓄電池の仕組みを解説します。
2-1.鉛蓄電池
現在でも使われている電池で、最も古い歴史があります。過充電にも強く、広い温度範囲の条件でも、動作可能な特徴があります。マイナス極に鉛、プラス極に二酸化鉛、電解液に希硫酸を使用している電池です。安価で長く使用されている実績も多く、フォークリフトの主電源や車のバッテリー、非常用電源など、幅広い用途で用いられています。
2-2.ニッケル水素電池
マイナス極に水素吸蔵合金、プラス極にオキシ水酸化ニッケル、電解液に水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を使用した電池です。高性能な電池で過充電・過放電に強く、急速充放電が可能なことから、数多く利用されてきました。昨今は、リチウムイオン電池が登場したことで、ニッケル水素電池は出番が少なくなっています。
2-3.リチウムイオン電池
マイナス極に炭素材料、プラス極にリチウム含有金属酸化物、電解液に有機電解液を用いた電池です。電圧・エネルギー密度が高く、一時的に電圧の低下するメモリー効果が小さいことで、実用化されてから急速に普及し、現在は主力蓄電池です。小型化と高密度化が可能になるリチウムイオン電池は、モバイル機器のバッテリーの主役で、電気自動車のバッテリーにも使われ、さまざまな用途で利用されています。
2-4.NAS（なす）電池
マイナス極に炭素材料、プラス極にリチウム含有金属酸化物、電解液に有機電解液を使用した電池です。日本ガイシ株式会社のオリジナル製造の電池です。大規模な電力貯蔵施設や電力負荷の平準化、再生可能エネルギーの出力安定化対策など、大がかりな施設での使用が期待できます。作動温度が約300度と高く、有機電解液を用いていることで、安全性確保が最重要課題となる電池です。構成材料は資源的に豊富なうえに寿命も長く、充放電の効率も高く、工場などさまざまな場所で普及の進むことが期待できます。
3.まとめ
今や、日常生活になければ生活ができない蓄電池について、その仕組みを紹介しました。災害時にたいへん役立つといわれている大型タイブの蓄電池は高価ですが、EV車などの普及とともに、安くなると見込まれ、家庭に装備して省エネ化も進むことが期待できます。
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