蓄電池とは？種類ごとの仕組みと特徴を解説

インフラの中でも特に重要なのが電力で、毎日の生活の中で絶対に必要ですし、住宅設備の中でも電気製品の割合はかなり高いです。電力供給にあたって最近注目されているのが、蓄電池です。そもそも蓄電池とはどんなものなのか、種類によってどのような違いがあるのかを確認してみましょう。同時に、一般家庭で利用できる蓄電池について解説していきます。

蓄電池とは？

蓄電池とは充電池とも言われることが多い、電気を蓄えておける装置を指します。つまり、蓄電池とは、その装置そのもので電気を作り出しているのではなく、外部で作られた電気を送り込み、そこに貯め込んで放出することによって電力を供給するというものです。蓄電池にはいろいろな種類があり、それぞれに仕組みが異なります。しかし、原則としては装置の中に何らかの化学反応を引き起こす物質が入っていて、その化学反応によって電子エネルギーを生み出して、電力を供給する仕組みとなっています。

技術の進歩によって蓄電池の種類が増えていて、それぞれに異なる特性と性能を持っています。どの種類がより優れているというよりは、それぞれのメリットとデメリットを考慮して、使用したり設置したりする環境や作業内容に合わせて選ぶことが重要になってきます。そのため、効率の良い蓄電池とは、状況にマッチした種類を選ぶことを意味しているのです。

鉛蓄電池の仕組みと特徴

蓄電池の中でも最も古いもので、今なお多くの装置に使われている種類です。具体的には、自動車のセルモーターを動かすために使われていたり、カートなどの小型電動車両、レジャーボートなどの船舶バッテリーに使用されていたります。

この鉛蓄電池とは、プラス極側に二酸化鉛を使い、マイナス極側に鉛を設置しています。その2つの金属の間には、希硫酸という液体が充填されています。この極に電気を流すことで酸化が進み、鉛が電子エネルギーを放出することで電気を蓄えることができるという仕組みです。

長年使われているため信頼性が高いですし、比較的簡単かつ安価にできるため使用範囲が広いというメリットがあります。また、大きな電流を作ることができますので、小型車両くらいであれば動かせるだけの十分なパワーを発揮してくれます。一方で、経年劣化が起こりやすく数年で性能が落ち、寿命を迎えてしまうというデメリットがあります。また、希硫酸は危険な物質でもありますので、取り扱いに注意が必要です。

ニッケル水素電池の仕組みと特徴

ニッケル水素電池というのは、いわゆる乾電池で、プラス極側にオキシ水素化ニッケルを用い、マイナス極側に水素吸蔵合金を使っています。電解液として水酸化カリウム水溶液が使われています。水素は合金という形で使われ、気体もしくは液体よりもはるかに効率よく電子エネルギーを放出できるのが強みです。この水素がイオン化してから、プラス極側に入ってニッケル水素化合物をつくることで電気を作るのです。

小型化できるということや、安定した電流を発生できるというのがメリットとなっています。乾電池ではこのニッケル水素電池が多く、価格も安いのでなじみ深い種類です。一方で、電圧が低めであることや、寿命が短いことから小型の家電などにしか使えないという制限があります。また、メモリー効果があるのもデメリットです。つまり、十分に放電していない状態で充電すると、最大蓄電容量が減ってしまうということです。繰り返し充電するのには不便で、いわゆる継ぎ足し充電には向いていません。

リチウムイオン電池の仕組みと特徴

リチウムイオン電池は、現在の蓄電池では主流となっているタイプです。プラス極側に二酸化コバルトを用い、マイナス極側にはリチウムイオンを使っています。電解液としては炭酸エチレンを使うことが多いです。リチウムイオンのイオン化によって電力を発生する仕組みとなっています。リチウムイオンのイオン化は効率が良いため、定格放電が高く3.6Ｖという高い電圧を供給できます。

小さくても十分な容量を確保できることや、安定して高い電圧を出せることから、様々な家電製品のバッテリーに使われています。DIY用の電動工具でもリチウムイオン電池がほとんどです。また、大型化もできますので、飛行機の主力バッテリーや後述する家庭用蓄電池としても使われています。さらに、ハイブリッド自動車や電動自動車のバッテリーとしても、リチウムイオン電池が用いられています。現在では蓄電池の主流となっている種類と言えます。

ニッケル水素電池のようなメモリー効果がないというのも、大きなメリットです。継ぎ足し充電をしても容量性能が落ちることがないので、気軽に充電することができますし、結果的に寿命が延びます。ただし、熱を発生したり、寿命が近づくと膨張したりしやすくなるという注意点もあります。場合によっては発火や爆発をすることもありますので、品質の高いものを使用しないと危険が及ぶことも考えられます。

家庭用蓄電池の導入について

一般住宅でもソーラーパネルを設置する家庭が増えています。太陽光発電をしても、通常は売電をするだけで自宅用として使えるわけではありません。しかし、住宅に家庭用蓄電池を設置することで、発電した電力を自宅で使えるようになります。

また、ソーラーパネルを設置していなくても、家庭用蓄電池を設置することには一定のメリットがあります。それは、電力コストを下げるというものです。具体的には、料金単価が安くなる深夜電力を使って蓄電池に充電し、昼間はその電力を使うのです。そうすると、同じ電力量を使ったとしても支払う電力料金は数割近く下がることになります。

もう一つのメリットは、災害などに伴う停電に対応できるということです。台風によって電柱や電線が破損する、地震によって供給網が絶たれるということがあっても、自宅に蓄電池があれば、そこから電気を供給し続けることができるわけです。災害が頻発している日本においては、日頃から災害に備えて住宅設備を整えておくというのはとても重要なことです。インフラの中でも電力は重要度が高いです。多くの最新設備を持つ一般住宅は、電気がないと機能しないからです。オール電化をした住宅では、調理をしたりお風呂用の水を沸かしたりすることもできません。中には、トイレの水流も電気を使っているものもありますので、トイレすら流せなくなってしまうのです。

こうしたことを考えて、家庭用蓄電池を導入する家庭が増えています。この背景には、製品価格が下がりつつあるという事情も関係しています。いくつものメーカーが製品を開発していて、価格競争や技術の進歩によって以前よりも安くすることができています。家庭用蓄電池は基本的にリチウムイオン電池を使っています。リチウムイオン電池はEVなどで使われるようになり、大型電池の開発力が急速に伸びています。その恩恵にあずかる形で家庭用蓄電池も性能、価格の両面で改善が見られているのです。小型化も進んでいますので、スペースをさほど取らなくても設置できるようになっているのもポイントです。

まとめ

蓄電池とは化学反応によって電力を蓄え、放出する仕組みを持つ装置です。鉛電池から始まり、今ではリチウムイオン電池が主流となっています。自宅に設置して停電時に備える家庭用蓄電池なども商品の選択肢が広がっていますので、導入する家庭が増えています。蓄電池についての理解を深めて、より快適な生活を送る助けとしたいものです。

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