電池
- 乾電池
- 性質
乾電池は雑音が少なく比較的良質な電源です。充電できるタイプとできないタイプがあります。乾電池は
dry battery の意味で、「乾」は鉛充電池のように液体を利用していない意味だと思います。
- 乾電池の容量
入手容易な単4型の電池とその容量(概算)を示したページがあります。単位は、mAH
で、1000の場合、100mAで1時間電流を流す電気量があります。
電池 |
容量(mAH) |
適正負荷 |
電圧(V) |
単4マンガン |
450 |
100 |
1.5 |
単3マンガン赤 |
700 |
300 |
1.5 |
単3マンガン黒 |
1000 |
300 |
1.5 |
単3アルカリ |
2000 |
1000 |
1.5 |
単3ニッケルマンガン |
6000 |
|
|
006P(黒) |
300 |
20 |
9V |
006Pアルカリ |
500 |
50 |
9V |
http://home.s00.itscom.net/large/ELEC/batt-1/index.html より
- 放電特性
下図は単3電池の20度の放電特性の例です。0.5分700mA、4.5分140mA、を繰り返した場合の特性です。Ni-MHは3Hで急激に電圧を落とします。アルカリは持続力はありますが、かなり電圧を落としますから、電圧が必要な場合は要注意です。
http://homepage1.nifty.com/yamatomt/gps/gps6.htmlより
同じ実験で、-20度の場合です。アルカリはかなり落ちますが、LiやNi-MHなどの2次電池は落ちません。
006Pの放電特性(180Ω負荷、横軸時間)は以下のような情報があります。アルカリも急激に電圧が落ち込みます。赤がNiMH、黄色はアルカリ、青がマンガンです。電圧が必要な場合、NiMH型2次電池が適当です。
(http://einst.hp.infoseek.co.jp/Battery/006P.htmlより)
- アルカリ電池
アルカリ電池は容量は大きいのですが、電圧の低下が大きく、ディジタル機器のような急激な電流変化には対応できません。また、低温度ではりようできません。
- オキシライド乾電池
「オキシ水酸化ニッケルなどを利用、従来のアルカリ電池の5割増の容量になった」とのことです。ただし、初期電圧が1.7Vに上がっているので、電圧調整機能がないディジタル機器や電球では注意が必要です。
- ボタン電池
- ボタン電池
ボタン電池は薄型の電池で、リチウム、アルカリマンガン、酸化銀、空気亜鉛、などの構造があります。ボタン型の電池でCR-2032の場合、CR=二酸化マンガンリチウム電池、数字の2032の20は
直径20mm、32は厚さ3.2mmを意味します。
CR |
二酸化マンガンリチウム電池 |
BR |
フッ化黒鉛リチウム電池 |
LR |
アルカリ電池 |
SR |
酸化銀電池 |
CR型電池の容量は以下のようです。
CR2032 |
二酸化マンガンリチウム |
200mAh |
CR1620 |
二酸化マンガンリチウム |
68mAh |
CR1616 |
二酸化マンガンリチウム |
50maH |
|
|
|
(http://shop.yumetenpo.jp/goods/goodsList.jsp?st=nexcell.co.jpより)
放電特性は、比較的フラットで電圧を維持してくれます。下は、CR2025を15kΩ負荷で利用した場合で、常温で数年間保存しても性能は劣化は少ないようです。
(http://www.sony.co.jp/Products/MicroBattery/cr/index.htmlより)
- 名前の付け方、サイズ
JISでの一次電池の名前の付け方は次のようになります。
<セル数><電気化学系記号><形状><サイズ>
電気化学形記号は (L:アルカリ乾電池 S:酸化銀電池 P:空気亜鉛電池 C:二酸化マンガンリチウム電池)となります。形状を表すコードは R:
円周状 F: 平面状 S: 直方体状 です。ボタン電池の場合、サイズは直径と厚みを各2桁で表現する場合があります。
http://www.maxell.co.jp/jpn/industrial/battery/knowledge/knowledge_02.html より
- 2次電池(充電可能電池)
- Nicd、
正極にニッケル酸化物、負極の活物質にカドミウム化合物が用いられています。公称電圧は1.2V。安定した放電が連続してできることや、約500回程度の充電が可能なことなどから、家電を中心にさまざまな用途に利用されています。欠点としてメモリ効果が挙げられます。メモリ効果とは、完全に放電をしきらずに充電を繰り返し行った場合、充電をしても満充電できず、すぐに電池が使えなくなるという現象です。また、カドミウムが人間の体内に入ると代謝されず蓄積され、重篤な健康障害を引き起こすことが知られています。
- Nih充電池
電池の代替型では、NiCd(ニッケルカドミウム) や NiH(ニッケル水素)などがあります。多くの充電池にはメモリー効果とよばれる注意が必要な現象があります。これは、完全に放電する前に繰り返し、継ぎ足しの充電を行うと、途中で充電を停止してしまう現象です。多くの場合、完全放電>充電
を繰り返すと、元の状態に戻すことができます。
種類 |
型 |
容量(mAH) |
電圧 |
NiH |
単1 |
8500mAh |
1.2 |
NiH |
単2 |
4500mAh |
1.2 |
Nicd |
単3 |
500〜1000 |
1.2 |
NiH |
単3 |
1700〜2600 |
1.2 |
エネループ |
単3 |
2100 |
1.2 |
NiH |
単4 |
900 |
1.2 |
NiH |
009 |
200mAH |
9.0 |
NiH系の他の問題点は、自己放電が多いことです。半年使用しないで放置すると、半分ほど放電してしまいます。したがって、微小電流で1年以上使用する用途には不適当です。
- 新型NiMh
最近、メモリー効果などを解消したNiMH系2次電池が開発されました(Sanyo、Panasonic)。充電回数(100回)や自己放電(半年で80%保持)も向上しています。
- リチウムイオン充電池
電解質イオンとしてリチウムを用い、かつ金属状のリチウムを電池内に含まない充電池の総称です。当初負極にリチウム金属を用いましたがm発火があいつぎましたが、負極にグラファイトを用いて安定した充電池が開発されました。
ただし、過充電のみでなく過放電でも、電極の変質に伴う事故が発生するため、利用には注意が必要です。また、一般に満充電状態で保存すると劣化が進行します。
リチウム電池は、体積あるいは重量当たりのエネルギー密度に優れています。
電池の種類 |
サイズ |
重量 |
容量 |
公称電圧 |
体積エネルギー密度 |
重量エネルギー密度 |
リチウムイオン |
18650
φ8.3mm*65mm |
44g |
2.4Ah |
3.7V |
520Wh/L |
201Wh/kg |
ニカド |
Dサイズ
φ34mm*60mm |
152g |
5.0Ah |
1.2V |
110Wh/L |
39Wh/kg |
ニッケル水素 |
Dサイズ
φ34mm*60mm |
178g |
9.0Ah |
1.2V |
195Wh/L |
61Wh/kg |
鉛蓄電池 |
182*127*202mm |
9.5kg |
32Ah |
12V |
82Wh/L |
40Wh/kg |
ニカド |
単三サイズ
φ14mm*50mm |
24g |
1.1Ah |
1.2V |
172Wh/L |
55Wh/kg |
ニッケル水素 |
単三サイズ
φ14mm*50mm |
30g |
2.5Ah |
1.2V |
390Wh/L |
100Wh/kg |
アルカリ乾電池 |
単三サイズ
φ14mm*50mm |
23.5g |
0.73Ah |
1.15V |
109Wh/L |
36Wh/kg |
リチウム1次 |
CRV3 29*14.5*52mm |
39g |
3Ah |
3.9V |
412Wh/L |
231Wh/kg |
(http://www.baysun.net/lithium/lithium03.html より)
リチウム電池は、エネルギー密度や放電特性ではすぐれていますが、管理に注意が必要です。過充電、過放電は場合によっては致命的な損傷を与えます。また、満充電したまま、長期保存することも寿命を短くするようです。
- 充電
- 充電方式
充電電流は容量Cを目安にします。1Cで充電すると1.2H(充電効率が80%の場合)の充電時間になります。NiH
の場合、0.1〜0.2C で12Hから7H充電します。必要以上に充電を続けると過充電になり電池を傷めます。
急速充電方式は、1/4C〜4C の低電流で充電します。100%充電すると、電圧が下がる(-ΔV効果)ことを利用して低電流充電を停止します。以後は、C/16
の自己放電を補う程度の充電を行います。これをトりクル充電と呼びます。
リチウム充電池の場合、充電電流は1Cが多く、自己放電は少ないためトリクル充電は不要です。
- メモリー効果
NiHやNiCd系2次電池では完全放電しないで充電を繰り返すと、その充電電圧を記憶してしまい、充電電圧で放電を停止してしまう現象が現れます。これをメモリ効果と呼びます。メモリ効果は部弱電流で放電を繰り返すことで、除去することができます。
- 充電回数
リチウム電池でも充電回数は500回程度です。毎日継ぎ足し充電をすると、2年以内で寿命になります。予備の電池をもち頻繁な充電を避けると、長持ちします。