ニッケル・水素電池の構成と反応、特徴

ニッケル水素電池の特徴と反応

 

ニッケル水素電池はパナソニックさんのエネループ(eneloop)、エボルタ(EVOLTA)電池で有名な充電可能な電池です。

 

また、ハイブリッド自動車などにも搭載されるように、小型から大型まで幅広い容量設計ができるバランスの取れた電池です。

 

こちらのページでは、

 

・ニッケル水素電池の構成と反応

 

・ニッケル・水素電池の特徴

 

・ニッケル・水素電池使用時の注意点

 

にというテーマで解説しています。

 

 

ニッケル水素・電池の構成と反応

ニッケル・水素電池は繰り返し充電可能な二次電池に分類されます。

 

ニッケル・水素電池の構成する材料は以下の通りです。

 

使用材料

 

正極
・正極活物質:オキシ水酸化ニッケル(β-NiOOH)

 

負極
・負極活物質:金属水素化物(メタルハイドライドの略としてMHと記載される場合もあります)

 

セパレータ
・セパレータ:紙セパ(不織布)

 

電解液
・電解液溶媒:水
・電解質:水酸化カリウム(KOH)

 

を使用しています。

 

 

ニッケル・水素電池の構成と反応

 

上述の材料を組み合わせたニッケル水素電池の構成は以下の通りです。

 

 
電子エネルギーが高い位置(標準電極電位が関係しています)にある金属水素化物(MH)側から外部負荷回路を通りて、電子が移動、正極のオキシ水酸化ニッケルと電解液中の水(H2O)が反応し、Ni(OH)2へ還元されます(正極は別名:カソード、負極は別名:アノードとも呼ばれます)。

 

ここで、金属水素化物とは原子状の水素(H)の出入れができる水素吸蔵合金(Mに相当)を使用しています。

 

反応式は以下の通りです。

 

 

 

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ニッケル・水素電池の特徴

 

ニッケル・水素電池の特徴は以下の通りです。

 

おおよその電池の各パラメータは以下の通りです。

 

各パラメータ

 

・公称電圧:1.2V
・実際の容量(単3電池の場合):800〜2500mAh程度(電池によります)
・実際の質量エネルギー密度:60〜120 Wh/kg程度
・実際の体積エネルギー密度:140〜300 Wh/L程度
・形状:円筒系がメイン、一部角型電池もあり

 

 

また、特徴は以下が挙げられます。

 

特徴(メリット)
・エネルギー密度が高い(マンガン乾電池やアルカリマンガン乾電池と同等以上)
(ただし、リチウムイオン電池よりは低い)

 

・乾電池よりもレート特性が高く(急速の充電、放電が可能)、また二次電池であるため繰り返し使用することが可能

 

・サイクル寿命は500〜1500回ほどと容量維持率が高い

 

・リチウムイオン電池と比べ、発火の危険性が少なく安全性が高い

 

 

特徴(デメリット)
 
・メモリー効果が若干ある

 

・公称電圧(1.2V)が乾電池(1.5V)よりも低い ※ちなみにリチウムイオン電池では3.7V程度

 

・自己放電が比較的大きい(月数%〜30%程度、電池、温度等によります)

 

 

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ニッケル・水素電池を使用する際の注意点

 

注意点としては以下のようなことが挙げられます。

 

メモリー効果があるため、浅い充電(DODが低い充電)の繰り返しは避け、なるべく使い切って、満充電にして使用しましょう

 

・いくつかの電池を使用する場合、古い電池と新しい電池を同時に使用しないようにしましょう(劣化により容量内部抵抗の違いから電池が過放電状態になり危険な場合があります)。

 

廃棄時はきちんとルールに従い廃棄していきましょう

 

最近事故などの安全性の面でも注目を浴びているリチウムイオン電池のように破裂・発火まで起こるような危険性はないですが、きちんんと注意点を守り、使用していきましょうね。

 

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