【電圧・寿命・放電特性】鉛蓄電池とアルカリ蓄電池の違い

電気電気設計

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、鉛蓄電池とアルカリ蓄電池の違いについてを知ることができます。

結論

直流用の蓄電池としては鉛蓄電池とアルカリ蓄電池がある。

鉛蓄電池は放電に伴い比重が減るが、アルカリ蓄電池はあまり変わらない。

鉛蓄電池の方が1セル当たりの電圧が高く、寿命も高い方向。

はじめに

電気の話は、ほとんどの人は理解していません。

電気を知らない大半の人はそもそも勉強する気がない。

電気を知っている工場の電気専門家が素人に教えるのが下手。

という状況がどこの工場でも多いのではないでしょうか?

そこにチャレンジする企画です。

蓄電池とは

蓄電池とは電気エネルギーを化学エネルギーに変えて蓄えておき、必要に応じて電気エネルギーに変換して利用できる装置です。

この蓄電池、特に直流電源用として鉛蓄電池とアルカリ蓄電池に分類されます。

鉛蓄電池

鉛蓄電池は二酸化鉛PbO2と鉛Pbの2つを電極版として、電解液に希硫酸を使います。

放電時は下記の反応が行われます。

  • 陽極:PbO2→PbSO4
  • 陰極:Pb→PbSO4

充電はこの逆です。

放電に伴い、希硫酸の濃度は薄くなっていきます。

放電に伴い、比重が軽くなっていきます。

ところで、こういう議論をするときに化学反応式を使うことが多いですが、ここでは使いません。

機電系設計者・プラントエンジニアにとって、化学反応式を使えば反応前後の内容物に目が向かずに

反応式中の係数などに目が行ってしまいがちですから(笑)

反応前後の物質が何であるか

ということに目を向ける方が化学的にははるかに重要です。

これは電池反応に限らず、バッチ系のあらゆる反応工程でも言えることです。

医薬・農薬の反応になると、亀の甲がいっぱいで複雑に見えてしまい、

理解を放棄してしまいがちですが、

それも反応前後の構造を見ればある程度は対応できます。

アルカリ蓄電池

アルカリ蓄電池はニッケル高級酸化物NiOOHとカドミウムCdの2つを電極版として、電解液にKOHを使います。

  • 陽極:NiOOH→Ni(OH)
  • 陰極:Cd→Cd(OH)2

鉛蓄電池に比べて、反応式がやや複雑です。

KOH自身は反応に寄与しませんので、放電や充電で比重はほぼ変わりません。

鉛蓄電池とアルカリ蓄電池の特性

鉛蓄電池とアルカリ蓄電池の特性を個々に見ていきましょう。

1セル当たり電圧

鉛蓄電池は1セル当たり2V、アルカリ蓄電池は1.2Vくらいです。

寿命

鉛蓄電池の方がアルカリ蓄電池よりも寿命が長い方向です。

自己放電率が鉛蓄電池は0.1%/dayくらいに対して、アルカリ蓄電池は1%/dayくらいです。

鉛蓄電池の方が10倍くらい寿命が長そうに見えます。

効率放電特性

鉛蓄電池よりもアルカリ蓄電池の方が優れています。

腐食

鉛蓄電池は希硫酸を使用するため腐食性があり、危険な方向です。

電極強度

鉛蓄電池は二酸化鉛が結合力が弱いために強度が低いです。

おわりに

蓄電池の原理は化学の基本的な内容なので、機電系設計者・プラントエンジニアでも概要は理解することができるでしょう。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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