蓄電池の仕組み

本コラムでは、ご家庭でも導入が増えつつある蓄電池について

仕組みや電池の種類ついて解説していきたいと思います。

⚡蓄電池とは

蓄電池は、電気エネルギーを化学エネルギーに変換し、蓄え(充電)、必要なときに逆のプロセスで

電気エネルギーに戻すこともできる(放電)装置のことです。

主な用途として、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの貯蔵、電気自動車の動力源などがありますが、

昨今では災害対策として家庭や企業で導入されるケースも増えてきております。

皆さまの身近なもので例えるならスマートフォンやノートパソコンに内蔵されているバッテリーも蓄電池の一種です。

⚡蓄電池の仕組み

一般的には、二つの異なる材料の間に電解質を挟んだ構造をしており、この構造によって化学反応が起こります。

2つの電極（＋と－）と電解質に浸したセルを利用し(＋)には、電子を放出する化学反応が起こります。

一方、(－)には、電子を受け取る化学反応が起こります。

例えば、リチウムイオンバッテリーは、リチウムイオンが(＋)から(－)に移動することによってエネルギーを蓄積し、

逆に(－)から(＋)に移動することによってエネルギーを放出します。

この過程で、電極間に電子が流れ、外部回路を介して電力を供給します。

蓄電池は、充電と放電の2つのプロセスを通じて機能します。

充電プロセスでは、外部電源が(－)に電流を供給し、(＋)に電流が流れることで化学反応が逆転し、電解質にエネルギーが蓄積されます。

放電プロセスでは、蓄積されたエネルギーが(＋)から電子を放出し、(－)に向かって電流が流れることで、外部回路に電力が供給されます。

⚡蓄電池の種類

一般的な蓄電池の種類には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池などがあります。

それぞれの蓄電池は、異なる化学反応を利用してエネルギーを蓄積するため、特性や用途が異なります。

■ 鉛蓄電池

 　鉛蓄電池は金属鉛の化学変化を利用した電池で、既に約100年の歴史をもつ二次電池です。

　 また、これまで種々の改良が行われ、品質的に安定した蓄電池でもあります。

 　メリットとしては、豊富に採れる鉛を資源としており、多くの電流を取り出したり、リサイクルや再生も可能で、

　 短時間から長時間で放電させても比較的安定した性能を持っています。

 　しかしながら重量が重く、充放電を繰り返す中で性能が低下するというデメリットや、

　 原料が鉛であるため、廃棄時の環境負荷の問題もあります。

■ リチウムイオン電池

 　リチウムイオン電池は＋極と－極を持ち、その間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う電池のことです。

　 メリットとしては急速充放電が可能になり、蓄電池の中でもエネルギー密度が高く、小型化が可能です。

 　自己放電が少なく、寿命が比較的長いのも特徴的です。

　 携帯電話やノートパソコン、電動自転車など、身近なものに多く使われています。

 　リチウムイオン電池は、ほかの電池に比べて大きな電力を蓄えられる分、

 　使い方を誤ると発火や発煙といったトラブルにつながることがあります。

　 実例として、携帯電話やPC、飛行機などに使用されたバッテリーの故障が確認されています。

 　基本的に安全装置が取り付けられていますが、過充電や過放電に気を付けて使用することが大切です。

■ ニッケル水素電池

　 ニッケル水素電池は、－極に水素吸蔵合金、＋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

 　アルカリ水溶液を用いた電池です。

    メリットとしては、エネルギー密度が高く、過充電・過放電に強いことが挙げられます。

 　その出力の高さから、ハイブリッドカーに用いられていたり、身近な所ではテレビ用リモコンやコードレス掃除機など

　 家庭用品の電源としても使われています。

 　しかし、自然放電によって、使わなくても電池容量が減ってしまうことや、

　 使い切らないで充電することによる電圧の低下(メモリー効果)などがデメリットとして挙げられます。

■ ナトリウム硫黄電池（NAS電池）

　 ナトリウム・硫黄電池は、－極にナトリウムを、＋極に硫黄を、電解質にβ-アルミナを利用した電池です。

 　日本碍子(がいし)株式会社が開発したメガワット(1,000kWh)級の超大型蓄電システムです。

　 メリットは鉛蓄電池と比較しても低価格で長寿命、充放電効率も高く、自己放電がないため効率的に電気が貯蔵可能です。

 　約 4500 回の充放電が可能で、長期耐久性に優れており、

　 基本的には大規模電力貯蔵施設や工場施設などで使用するのに適しています。

 　一方で、作動温度が300度に温度を維持する必要があること、またナトリウムや硫黄が危険物として指定されていることから、

　 取扱う上での安全確保や事故発生時の対策が大きな課題となっています。

　　　　　　　　　引用元：https://www.ngk.co.jp/product/nas-about.html　　　            

⚡まとめ

蓄電池は、エネルギー貯蔵の分野で重要な役割を果たしています。

再生可能エネルギーの普及が進むにつれ、貯蔵や携帯電子機器などの電源としても広く使用されるようになり

最近では、ハイブリッド車や電気自動車にも利用されるようになっております。

環境に優しいクリーンなエネルギー、近年はより高性能な蓄電池の需要が高まっており、今後も技術の進歩が期待されています。