さまざまな種類のバッテリーとその仕組みを解説。バッテリーの基本原理から、リチウムイオンやニッケル水素電池の特徴まで網羅。
さまざまな種類のバッテリーとその仕組みとは？
バッテリーは、現代生活において重要な役割を果たしています。スマートフォン、電気自動車、ラップトップなど、多くのデバイスで使用されています。この記事では、さまざまな種類のバッテリーとその基本的な仕組みについて説明します。
代表的なバッテリーの種類
- リチウムイオン（Li-ion）バッテリー
- ニッケル水素（NiMH）バッテリー
- 鉛蓄電池（Lead-acid Battery）
- アルカリ電池（Alkaline Battery）
リチウムイオンバッテリー
リチウムイオンバッテリーは、現在最も広く使われているバッテリーの一つです。軽量で高エネルギー密度を持ち、充電サイクルが多いという特長があります。
- アノードとして炭素（グラファイト）を使用
- カソードとしてリチウム金属酸化物を使用
- 電解液としてリチウム塩溶液を使用
リチウムイオンの移動により化学エネルギーが電気エネルギーに変わります。放電時にはリチウムイオンがアノードからカソードに移動し、監督回路を通して負荷に電力を供給します。充電時にはその逆のプロセスが起こります。
ニッケル水素バッテリー（NiMH）
ニッケル水素バッテリーは、少し古い技術ですが、依然として多くの用途で使用されています。環境に優しく、比較的安全です。
- アノードとして水素吸蔵合金を使用
- カソードとしてニッケル酸化物を使用
- 電解液としてカリウム水酸化物溶液を使用
このバッテリーの放電プロセスでは、水素イオン（H+）がアノードからカソードに移動します。この際に電流が流れ、負荷に電力が供給されます。
鉛蓄電池（Lead-acid Battery）
鉛蓄電池は自動車のバッテリーとして広く使用されています。重いですが、高い出力を持つため車両の始動に適しています。
- アノードとして鉛（Pb）金属を使用
- カソードとして鉛酸化物（PbO2）を使用
- 電解液として希硫酸溶液を使用
放電時には、PbとPbO2がそれぞれPbSO4へ変化し、この際に電気エネルギーが生成されます。充電時には逆の反応が起こり、元の材料に戻ります。
アルカリ電池（Alkaline Battery）
アルカリ電池は一次電池（放電後に再充電できない電池）として広く使用されています。長い保存性があり、リモコンや懐中電灯などで一般的です。
- アノードとして亜鉛（Zn）を使用
- カソードとして二酸化マンガン（MnO2）を使用
- 電解液として水酸化カリウム溶液を使用
放電時には、ZnがZnOに変わり、MnO2がMn2O3に変わります。この化学反応により、電力が供給されます。
まとめ
バッテリーは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスです。リチウムイオン、ニッケル水素、鉛蓄電池、アルカリ電池など、さまざまな種類があります。それぞれのバッテリーは異なる特性を持ち、用途に応じて使い分けられています。これらのバッテリーの仕組みを理解することで、選択する際に役立ちます。
