【5分でわかる】蓄電池の種類とその特性

「乾電池の充電池と住宅用の蓄電池は何が違うの?」
お客様から改めてこんな質問をされた場合も即座に対応できるよう、蓄電池の種類とその違いについてこのコラムでしっかり抑えて、キッチリ答えて、ガッチリお客様の心をつかんでください!

蓄電池の種類と特性

そもそも蓄電池とは、文字どおり電気を蓄積する装置で、バッテリーのことです。使い切りの一次電池に対して、二次電池とも呼ばれます。スマートフォンのバッテリーも蓄電池ですので、ほとんどの方が日常的に使っているでしょう。
蓄電池は、使う素材によって「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「リチウムイオン電池」「NAS電池 (ナトリウム・硫⻩電池)」などに分けられます。それぞれ持ち味が違うため、利用される用途が違います。

鉛蓄電池の特徴

鉛蓄電池とは、負極に鉛、正極に二酸化鉛、電解液に希硫酸を用いた電池です。蓄電池としての歴史が最も古く、1859年に発明されました。
メリットは、安定性に非常に優れており、価格が比較的安いことです。デメリットとしては、使用頻度に比例して徐々に性能が低下していき、寿命が短い点があげられます。また、大型で重いという点もあげられます。

負極
正極二酸化鉛
電解液希硫酸
メリット価格が安い・安定性に優れている・過充電に強い・広い温度で動作が可能
デメリット寿命が短い・大型で重い
主な用途自動車のバッテリー・産業用蓄電池・フォークリフトの主電源

ニッケル電池の特徴

ニッケル電池とは、負極に水素吸蔵合金、正極にオキシ水酸化ニッケル、電解液に水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を用いた電池です。
メリットとしては、エネルギー密度が高く、過充電・過放電に強いという点があげられます。デメリットとしては、自然放電量が大きく、使わなくても電気容量が減ってしまう点と、メモリー効果※の関係で、電圧が下がりやすい点があげられます。

※メモリー効果:電池を使い切らずに充放電を繰り返すと起こる、放電中の一時的な電圧降下のこと

負極水素吸蔵合金
正極オキシ水酸化ニッケル
電解液アルカリ水溶液
メリット高いエネルギー密度・過充電・過放電に強い
デメリット自然放電量が大きい・電圧が下がりやすい
主な用途乾電池二次電池・ハイブリッドカー

リチウムイオン電池の特徴

リチウムイオン電池とは、負極にグラファイトなどの炭素材、正極にリチウム含有金属酸化物、電解液に有機電解液を用いた電池です。
メリットとしては、蓄電池の中でもエネルギー密度が⾼く、小型化が可能なことに加えて、寿命が比較的⻑いことです。デメリットとしては、鉛蓄電池に比べると価格が高いことがあげられますが、普及が進むにつれ、以前よりも安く入手できるようになってきています。

負極単素材
正極リチウム含有金属酸化物
電解液有機電解液
メリットエネルギー密度が高い・小型化が可能・寿命が長い
デメリット価格が高い
主な用途携帯電話・ノートパソコン

NAS(ナトリウム・硫⻩電池)電池の特徴

NAS電池 (ナトリウム・硫⻩電池)とは、負極にナトリウム、正極に硫⻩、電解液にベータアルミナセラミックスを用いた電池です。
メリットとしては、高いエネルギー密度に加えて、鉛電池と比較しても低価格・長寿命を誇る点です。デメリットとしては、常温では動作せず作動温度の300度に温度を維持する必要があることと、ナトリウムと硫黄を使用しており危険物として取り扱われるため、日々の動作確認や保守作業などが必要不可欠な点です。

負極ナトリウム
正極硫黄
電解液ベータアルミナセラミックス
メリット高いエネルギー密度・低価格・長寿命
デメリット作動温度の300度に温度を維持する必要がある・危険物のためメンテナンスが欠かせない
主な用途大規模電力貯蔵・バックアップ電源

リチウムイオン電池の種類

住宅用蓄電池に関して言えばリチウムイオン電池が使用されることが最も多いです。その要因としては、他の種類と比較して安全面、サイズ、寿命のバランスが最も蓄電池に適しているからです。例えば、NAS電池は家庭用としてはとても置いておけないサイズですし、鉛蓄電池は寿命に不安が残ります。
そのリチウムイオン電池の中にも、「コバルト系」「ニッケル系」「マンガン系」「リン酸鉄系」「NCA系」「三元系」「チタン酸系」「リチウムポリマー系」と正極・負極・電解質の違いから無数の組み合わせがあり、その中でも蓄電池で安全性とコストパフォーマンスの関係からよく使用されるのは、「リン酸鉄系」「NCA系」「三元系」の3種類になります。

リン酸鉄系リチウムイオン電池

リン酸鉄系リチウムイオン電池とは、リン酸を正極に使用している電池です。
電池内で発熱はあっても熱暴走が起こりにくく、安全性が高いと言われている電池です。また、原材料費が安く、マンガン系リチウムイオン電池などと比較して、安く製造することができます。電動工具や電動自動車などで使用されています。

NCA系リチウムイオン電池

NCA系リチウムイオン電池とは、NCA(ニッケル、コバルト、アルミニウムの頭文字を取った化合物)を正極に使用している電池です。
ニッケル系の課題であった安全性という点を克服し、耐熱性を高めた電池です。他のリチウムイオン電池と比較して、高エネルギー密度化に優れています。医療機器や電動自動車などで使用されています。発熱量が少なく低温時の放電特性にも優れています。

三元系リチウムイオン電池

三元系とは、NMC(ニッケル、マンガン、コバルトの頭文字を取った化合物)を正極に使用している電池です。
コバルト系リチウムイオン電池よりも安全性を高め、車載向けに改良されたものとなります。発熱量が少なく低温時の放電特性にも優れています。医療機器や電動自動車などで使用されています。

まとめ

鉛電池は、車のバッテリーに使われ、低コストなのが魅力です。ニッケル水素電池は、高出力・高容量・長寿命が特長であり、乾電池二次電池やハイブリッドカーに採用されています。リチウムイオン電池は、ノートパソコンやスマホなどに使われているおなじみの蓄電池です。太陽光発電とセットで販売される各社メーカーの蓄電池もリチウムイオン電池がほとんどです。そして、リチウムイオンにもそれぞれ特徴がありますので、しっかり押さえておくと、お客様からの質問に対応するときにも安心です。

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