【電池の知識】マンガン電池とアルカリ電池の違いなど。電池に関する知識を身につけて用途により使い分ける

 

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乾電池は身近で使われる物として一般的です。家電製品をはじめ、リモコンや時計、懐中電灯など挙げればキリがありません。

最近ではエコとコスパの関係から、充電式電池を使われている人も多いのではないでしょうか?

そもそも電池と言うくくりで大別すると、「化学電池」と言うくくりの中で、実に多くの種類の電池が存在します。

一次電池
二次電池
燃料電池
太陽電池

これらの中で、乾電池や充電式電池は一次電池と二次電池に属します。

では一次電池と二次電池はどのような物かを見ていきましょう。※この記事は私自身の備忘録を兼ねて書いています。



 

一次電池

一次電池とは、乾電池も含めて使い切りタイプ(再生不可)の電池になります。その中でも色々な種類があります。

マンガン乾電池
アルカリ乾電池
アルカリボタン電池
リチウム一次電池

マンガン電池とアルカリ電池の違い

マンガン電池とアルカリ電池の違いは使われている材料の量と電解水と仕組みです。以下のマンガン電池とアルカリ電池の項目にその特徴を書いています。

マンガン乾電池

マンガン電池は、後述するアルカリ乾電池が普及するまでは一般的に使われていました。正極に二酸化マンガン、負極に亜鉛、電解水に塩化亜鉛の水溶液が使われています。塩化亜鉛の水溶液は弱酸性です。

現在でも大きな電流を必要とせず、一度電池交換すると長く使えるような物(例:時計、リモコンなど)に適していますが、長期間放置による液漏れには注意が必要です。また、黒と赤のパッケージにより電池容量に違いがあります。黒は赤の約1.5倍の電池容量があります。

特徴

・安価
・黒と赤のパッケージの違いは電池容量(黒の方が高性能)
・電圧は下がりやすく、大きな電流は流せない
・しばらく使用していない場合、電圧が回復する
・長期間の放置で液漏れすることがある
・大きな電流を必要とせず、休み休み使うような物に適している

アルカリ乾電池

アルカリ乾電池は、マンガン電池と同じように、正極に二酸化マンガン、負極に亜鉛が使われています。しかし、アルカリ乾電池の電解液には水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液が使われています。水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムは強アルカリ性です。

アルカリ乾電池は同サイズのマンガン乾電池と比べた場合、約2倍の電池容量があるとされています。また、大電流を必要とする物に適しています。

特徴

・マンガン電池に比べて高価
・電圧が下がりにくく、大きな電流を流せる
・消耗により急激な電圧低下が起こる
・長期間の放置で液漏れすることがある
・大きな電流を必要とする物に適している

アルカリボタン電池

元々ボタン電池には酸化銀が使われていましたが、銀の高騰によりアルカリボタン電池が代替品として普及しました。二酸化マンガンが材料に使われています。現在でも小型の電子機器やガジェット類に使用されていますが、酸化銀やアルカリボタン電池に比べて寿命の長いリチウムボタン電池も普及しています。

リチウム一次電池

リチウム一次電池の正極には、フッ化黒鉛、二酸化マンガン、酸化銅、塩化チオニル、二酸化硫黄など色々な種類の材料が使われています。負極にはリチウムが使われています。

エネルギー密度が高く超寿命なのでパソコンや家電機器、メモリーバックアップ、カメラ、ICカードなどに幅広く使われています。リチウム電池にも色々なサイズのものがあります。



二次電池

二次電池とは、充電すると繰り返し使えるタイプの電池になります。その中で大別すると3種類の電池があり、そこから更に枝分かれしています。

鉛蓄電池

鉛蓄電池は車のバッテリーに使われていたり、産業用で使われていたりします。バッテリーへの補水を必要としない制御弁式鉛電池は、無停電電源装置や通信基地のバックアップ電源としても活用されています。

小形充電式電池

民間用に使われいる二次電池で親しみがあるのはこの小形充電式電池です。種類はニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池があります。それぞれの特徴は以下のようになります。

ニカド電池

ニカド電池は頑丈にできており、過放電や長期間放置していても性能低下が少ないと言う特徴を持ちます。電圧は乾電池と同じで約1.2V。また、大電流特性があるので、主にパワーを必要とする物に適しています。(例:電動工具、コードレスクリーナー、電動シェーバーなど)

国内では1970年に松下電器産業(現 パナソニック)、三洋電機が量産化しています。参考元:インダストリアルソリューションズ社 電池事業の歴史

ニッケル水素電池

ニッケル水素電池は、ニカド電池に使われている有害物質のカドミウムが使用されていないことから、環境面にも配慮されており、高容量化や低自己放電、充電回数アップと改良され、現在でも小型電子機器などに使用されています。(例:携帯電話、ノートパソコン、デジカメ、ラジオなど)

電圧は乾電池と同じで約1.2V。ニッケル水素電池は過放電に弱いので、電池を空にすると寿命が短くなります。電池残量三分の一程度で充電するのが望ましいです。また、高温多湿に弱いので、保管場所にも注意が必要です。

1989年に松下電池工業が開発しています。ニッケル水素電池「充電式エボルタ」の発売は2008年。参考元:インダストリアルソリューションズ社 電池事業の歴史

リチウムイオン電池

リチウムイオン電池は、約3.7Vの高い放電電圧を持ちながら、軽量かつ高回数の充電耐性、自然放電による容量低下が少ないなどの特徴を持ちます。いわゆるニカド電池やニッケル水素電池の上位互換と言った感じです。高性能でありながらコンパクトなので身近にある様々なものに使われています。(例:スマホ、ノートパソコン、デジカメ、ハイブリッド車、産業用機械など)

1991年にソニー・エナジー・テックが世界で初めてリチウムイオン電池を商品化しました。その後、東芝や松下電器産業(現 パナソニック)、三洋電機なども生産を開始。以後、急速にリチウム電池市場は拡大していったと言うわけです。

乾電池の液漏れについて

使用機会の多い、アルカリ乾電池やマンガン乾電池は長期間の放置などで液漏れが発生することがあります。

液漏れの原因は他にも以下のようなものが挙げられます。

長期保管
過放電(機器使用後のスイッチの切り忘れなど)
落下(衝撃を与える)
発熱やショート
逆接(電池の向きを誤ってセット)
新旧混入(新しい電池と古い電池、または種類の違う電池を一緒に使う)
高温多湿(適さない保管場所での保管)
電池を液体で濡らす

液漏れで漏れ出す液体は乾電池の電解水です。アルカリ乾電池に使われている電解水は水酸化ナトリウム、マンガン乾電池は塩化亜鉛の水溶液になります。水酸化ナトリウムは強アルカリ性です。塩化亜鉛の水溶液は弱酸性です。

アルカリ乾電池に使われている水酸化ナトリウムは非常に強いアルカリ性なので、直接手に触れたり目に入ったりすると危険です。

液漏れしている場合は慎重に取り扱う必要があります。

参考元:Panasonic [アルカリ・マンガン] 乾電池からもれ出した液体の対応はどうしたら良いでしょうか? PZ18143

乾電池のサイズ

乾電池のサイズは単1、単2、単3、単4、単5まであります。

また、国際規格で定められた記号により識別することもできます。

・単一(R20)
・単二(R14)
・単三(R6)
・単四(R03)
・単五(R1)


記号のRは円形(円筒形、ボタン形、コイン形)を示す記号になります。角形や平形を示す記号はFになります。

電池の使用推奨期限とは?

電池には使用推奨期限が記載されています。

使用推奨期限とは、未使用の状態で保管した場合に日本工業規格(JIS)で定める電池性能を発揮できる期限の事を指します。

乾電池の残量を確認する方法

乾電池の残量を知りたい時はバッテリーチェッカーをひとつ持っておくと便利です。デジタル表示の物や電圧表示されるものなど色々な種類がありますが、バッテリー残量を確認できるランプ表示の簡易的なものでも充分役立ちます。

あとがき

今回は電池についてまとめてみましたが、もっと詳しく知りたい場合は「電池工業会」で検索、もしくは日本工業規格(JIS)の規格を調べれるサイト「日本産業調査会」で、一次電池通則を検索して参照してみてください。

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