鉛蓄電池の構成と反応、特徴

鉛蓄電池の構成

 

こちらのページでは

 

・鉛蓄電池の構成材料
・鉛蓄電池の反応

 

について解説しています。

 

 

鉛蓄電池の構成材料

鉛蓄電池は繰り返し充放電が出来る二次電池に分類されます。

 

また、鉛電池は歴史が非常に長く、1859年にフランスのブランテさんにより発明されてからなお、現在でも多くの製品として鉛電池が採用されています。

 

鉛電池はベント式と呼ばれる液式と制御弁式(密閉式)の2種類があります。

 

こちらのページでは、ベント式の鉛電池の構成と反応、特徴について解説します。

 

 

電池の構成と役割



 
正極
 
正極は、直接反応のやりとりをする正極活物質である酸化鉛(PbO2)から構成されます。リチウムイオン電池等とは違い、直接反応に関わる活物質と電気エネルギーを集める集電箔が同じもの(酸化鉛)で構成されます。
 
リチウムイオン電池では、活物質にいくつかの種類がありますが、鉛蓄電池は1900年代から長期間に渡り研究が進み、大方の最適化がされているため、酸化鉛を使用することが一般的と言えるでしょう。

 

 


負極

 

正極は、直接反応のやりとりをする負極活物質である鉛(Pb)から構成されます。正極と同様に、リチウムイオン電池等とは違い、直接反応に関わる活物質と電気エネルギーを集める集電箔が同じもの(鉛)で構成されます。

 

負極においても正極同様に、大方の最適化がされているため鉛を使用することが一般的です。

 

 

 

セパレータ   セパレータは正極と負極の短絡を防ぎつつ、反応に関わる各イオンを通過させることや電解液をセパレータ中に保持するという役割を持っています。   親水性PE繊維にSiO粉末を混ぜた紙セパが使用されることが一般的です。

 

 

電解液
 
電解液は各イオンを運ぶだけでなく、正極活物質や負極活物質でおこる反応と関わります。そのため、活物質の一部として考えられます。
 
電解液には、希硫酸(H2SO4)が使用されることが一般的です。

 

 
ケース(電槽とも呼びます)
 
ケースは内部の保護や電解液漏洩防止などの電池として内部電気的エネルギーを保護する役割を持っています。

 

主に、耐衝撃性を高めたPP樹脂が使用されます。
 
 
 

 

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 鉛蓄電池の反応と特徴

 

鉛蓄電池の反応

 

正極活物質に酸化鉛、負極活物質に鉛を使用する鉛蓄電池の反応式は以下の通りです。

 

 

 

放電時、上式において反応が右に進みます。

 

両極の反応において、各活物質と硫酸イオンが消費され、硫酸鉛が生成されます。

 

さらに正極からは水が生成されるために電解液の希硫酸の濃度が放電とともに低下していきます。

 

また、鉛蓄電池ではサルフェーションと呼ばれる生成した硫酸鉛が負極の鉛表面を覆い、反応を阻害する現象が起こります。

 

この場合は、速やかに取り除くことで反応の阻害を解消できます。

 

劣化した鉛電池や過放電時に起こりやすい現象です。

 

 

 鉛蓄電池の各パラメータ

 

・平均作動電圧:2.0V
・実際の質量エネルギー密度:20〜35 Wh/kg
・実際の体積エネルギー密度:50〜90 Wh/kg
・形状:角型電池がメイン

 

 
 

鉛蓄電池の特徴

 
鉛蓄電池は二次電池として非常に長い歴史がある電池であり、生産からリサイクルまでの流れ、つまり量産から回収までの流れが確立されている電池と言えます。

 

量産体制が確立されているため、リチウムイオン電池などの他の二次電池と比較すると初期コストが低く抑えられます。

 

エンジン始動用電池から自動車用電池などとして幅広く採用されています。

 

ただし、材料に鉛を使用しているために質量が大きくなり、エネルギー密度がリチウムイオン電池などの他の二次電池より低い傾向にあります。

 

また材料に鉛を使用しているため、非常にゆっくりではありますが徐々にニッケル水素電池やリチウムイオン電池へのシフトが進んでいるとも言えるでしょう。

 

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