5.5　電池で電気をためる

　電気をためるには，通常は他のエネルギーの形にします。 蓄電池は化学的なエネルギーとして電気をためます。 電気エネルギーのまま直接ためられるものには，蓄電器（キャパシタ（Capacitor），日本ではコンデンサと呼ぶ人が多い）があります。

［A］
　蓄電池とは充電すれば複数回放電できる電池です。 そのため二次電池とも呼ばれています。

　表 5.7に示したように，小型機器や携帯機器の二次電池で代表的なものには，長い間自動車に使われて来た鉛蓄電池があります。
　さらにHV（Hibrid Viehcle（ハイブリッド ビークル））車やEV（Electric Viehcle）車の普及に伴って，ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が携帯機器のみでなく，自動車にも使われています。

［A］
　たしかに，鉛蓄電池の電極に使われている鉛は重いし人体にも有毒です。 さらに電解液は希硫酸ですから，液が飛び散って身体に付いたり目に入るとたいへん危険です。 鉛蓄電池の使用が止められない理由は，ひとえに安価で一時的に大電流を取り出せるからです。
　材料に使われている鉛や希硫酸は非常に安価なものです。 添加されている物質も高価な薬品や入手しにくい元素を使っていません。 通常の軽自動車や小型車に使われる40B19〜55B24（12V，28〜36 Ah 程度）の自動車用鉛蓄電池は，1万円以下で買えます。
　さらに古くなって充電できる容量が減っても，構造が簡単なのでリサイクル（Recycle）でき，ほぼ新品並みに使えます。 たとえ廃品になっても材料はそのまま新品の生産にリサイクルされますから，鉛に関しては日本では十分管理されていると思って差し支えないでしょう。 通常のガソリンスタンドや自動車用電池の販売店では，交換した鉛蓄電池は無料で引きとってくれます。
　自動車のエンジン始動用のモータ（“セルモータ”という言葉は和製英語）には，最長30 秒くらいですが，ガソリンエンジンの乗用車でも100〜200Aもの大電流が必要です。 このような乱暴な使い方が要求されても，電流が供給できる丈夫さとそこそこの寿命を保てる電池は，鉛蓄電池しか見当たりません。HV車でもエンジン始動など突入電流が大きい場合に備えて，鉛蓄電池を積んでいます。

　お化粧に使う白粉（おしろい）は塩基性炭酸鉛（2PbCO₃Pb(OH)₂）を主成分にしていたため，江戸時代から白粉を多用していた歌舞伎役者などの舞台俳優や，花街で働く女性達はよく鉛中毒にかかりました。 なお，鉛を含む白粉は，1934年に製造禁止になりました。

［A］
　自動車用鉛蓄電池の記号は，日本ではJISで表 5.8のように決まっています。

記号位置 例 意味 頭の数字 28，30，…，50，…，245 性能指数 続く英字 A，B，…，H 横幅と高さ 次の数字 17，19，22，…，52 長手方向の寸法（cm） 最後の英字 R，L 正極の向き

左端子が正極 （R型）

　ここでの性能指数はAhを表すのではなく，以下のりくつで算出された値です。 完全に充電された状態の電池の放電性能を，流せる電流と時間から，
　　　√CCA[A]×RC[分] /2.8
という式で計算し，その値を50未満は2刻み，50以上は5刻みで表します。 CCA（Cold（コールド） Cranking（クランキング） Ampere（アンペア））とRC（Reserve（リザーブ） Capacity（キャパシティ））は米国由来の規格です。 日本では測定温度が少し変わります。
　CCAは，約−18℃（ 0°F）の寒冷地で30秒間流しても，電池の電圧が7.2V以上確保できる放電電流値です。 一方RCは，約27℃（ 80°F）で25A流し続けたとき，電池の電圧が10.5Vに下がるまでの時間を分で表したものです。
　たとえば，ある自動車用電池が自動車のエンジン始動時に150Aまで流せ，自動車の交流発電機（オルタネータ（Alternator）とも呼ぶ）が止まっても，60分は自動車のエンジンや内部機器へ25Aの電気が供給できるとすると，
　　　√150×60 /2.8＝33.88
となり，性能指数は約34となります。 なおダイナモ（Dynamo） という呼び方は，以前自動車用にも使われていた直流発電機を指します。
　一方，通常の容量表示のAh値は，JISでは5時間の間連続放電しても10.5V以上確保できる放電電流値（5時間率）で測ります。 DIN 規格（独）では20時間率をAhの表示に使います。
　英字で表された寸法は，表 5.9のように電池容器の幅と高さを表しています。 もちろん正負の接続電極はその上に飛び出しています。

　最後の英字のLとRは，電池の長手を横にし，端子を遠い側に置き，向かって右が正極ならRで，左が正極ならLです。

［A］
　鉛蓄電池は図 5.13のように，Volta電池並の単純な構造をしています。 Volta電池の負極の亜鉛板を鉛板にし，正極は酸化剤に二酸化鉛（PbO₂）を使っただけです。
　二酸化鉛は，医療用消毒液のオキシドール（Oxydol）（過酸化水素H₂O₂，オキシフル（Oxyfull）は商品名）と同じような過酸化状態にあるので，容易に酸素を放出します。 なお，二酸化鉛は塩酸には溶けますが，水や希硫酸には溶けません。

図 5.13 鉛蓄電池の構成

　鉛蓄電池は新品のときは完全に充電した状態になっています。 初期の電解液には鉛は含まれていません。
　　　正極：PbO₂ + 4H⁺⁺SO₄^-- + 2e^-　←（充電）/（放電）→ PbSO₄ + H₂O
　　　負極：Pb + SO₄^--　←（充電）/（放電）→ PbSO₄ + 2e^-
　この化学反応式を見ると，放電時には負極の鉛が硫酸に溶けて電子が外部に取り出せることがわかります。 一方正極では二酸化マンガンと同じく過酸化物である二酸化鉛を酸化剤に使っていて，水素イオンは外部から来た電子と二酸化鉛が供給する酸素とで水になり，鉛は硫酸に溶けだします。
　充電時はまったく逆の動作で，硫酸鉛が鉛と酸化鉛に電気分解されて，もとの充電状態に戻ります。 そのときに多少水が電気分解されて減少し，時々補給しなくてはなりません。

［A］
　横転しやすい自動二輪や原付きなどのバイク類には，横にしても希硫酸が漏れ出さない密 閉型の鉛蓄電池が使用されています。もちろん密封してあるので水の補給は不要です。そこ で，MF（Maintenace（メンテナンス） Free（フリー））バッテリとも呼ばれています。
　MFバッテリは値段が少し高いので，自動車用に使う人は少数ですが，水の補給が不要なため，高級車や車内に置く補助バッテリにはよく使われています。 また，建物内に置く産業用にも使われています。一時，携帯音楽機器の電池として，ガム（Gum）型のMFバッテリが使われたことがあります。
　MFバッテリは電解液がこぼれないように，乾電池と同じくセパレータに電解液を含ませたり，電解液をゼラチン状にしてあります。

　MFバッテリが，充電時に酸素ガスの泡を出さないりくつは，過充電で正極で余計に発生した酸素を，充電によって硫酸鉛から海綿状鉛なった負極に吸収させ，負極で発生する水素と結合させ（密閉反応という），水に戻すようにしてあるからです。
　この負極での酸素吸収反応は，外部の空気から酸素が補給されると維持できなくなるので，電池は必ず密封しておかなくてはなりません。