鉛蓄電池とは何ですか?

フランス人医師が発明 ガストン・プランテ1859 年、鉛酸は商業的に使用される最初の充電式バッテリーでした。鉛化学は古いものであるにもかかわらず、今日でも広く使用され続けています。人気があるのには十分な理由があります。鉛酸は信頼性が高く、ワットあたりのコストに基づいて安価です。鉛酸ほど安価に大電力を供給できるバッテリーは他にほとんどないため、このバッテリーは自動車、ゴルフカー、フォークリフト、船舶、無停電電源装置 (UPS) にとってコスト効率が高くなります。

鉛蓄電池の格子構造は鉛合金で作られています。純粋な鉛は柔らかすぎてそれ自体を支えられないため、機械的強度を確保し、電気的特性を改善するために少量の他の金属が追加されます。最も一般的な添加物はアンチモン、カルシウム、スズ、セレンです。これらのバッテリーは、「鉛アンチモン」および「鉛カルシウム」としてよく知られています。

アンチモンと錫を添加するとディープサイクリングが改善されますが、これにより水の消費量が増加し、水の使用量が増加します。平準化する。カルシウムは自己放電を軽減しますが、正極の鉛カルシウムプレートは過充電時にグリッドの酸化により成長するという副作用があります。最新の鉛蓄電池では、アンチモンやカルシウムの含有量を下げるために、セレン、カドミウム、スズ、ヒ素などのドーピング剤も使用されています。

鉛酸は重く、ディープサイクルした場合、ニッケルやリチウムベースのシステムよりも耐久性が低くなります。完全に放電すると歪みが生じ、各放電/充電サイクルによってバッテリーの少量の容量が恒久的に奪われます。バッテリーが良好な動作状態にあるときは、この損失はわずかですが、性能が公称容量の半分に低下すると、フェードが増加します。この消耗特性は、さまざまな程度のすべてのバッテリーに当てはまります。

放電の深さに応じて、ディープサイクル用途の鉛酸は 200 ～ 300 回の放電/充電サイクルを提供します。サイクル寿命が比較的短い主な理由は、正極のグリッドの腐食、活物質の消耗、および正極板の膨張です。この老化現象は、動作温度が上昇したり、高い放電電流が流れると加速されます。

鉛蓄電池の充電は簡単ですが、正しい電圧制限を守る必要があります。低い電圧制限を選択するとバッテリーは保護されますが、パフォーマンスが低下し、負極板に硫酸化が蓄積します。電圧制限を高くすると性能は向上しますが、正極板にグリッド腐食が発生します。硫酸化は時間内に整備すれば元に戻すことができますが、腐食は永久に残ります。

鉛酸は急速充電には適しておらず、ほとんどのタイプではフル充電に 14 ～ 16 時間かかります。バッテリーは常にフル充電状態で保管する必要があります。充電量が少ないとサルフェーションが発生し、バッテリーの性能が損なわれます。負極に炭素を追加するとこの問題は軽減されますが、比エネルギーが低下します。

鉛酸の寿命は中程度ですが、ニッケルベースのシステムのようにメモリの影響を受けず、充電保持力は充電式バッテリーの中で最も優れています。NiCd は 3 か月で蓄積エネルギーの約 40 パーセントを失いますが、鉛酸は 1 年で同量を自己放電します。鉛蓄電池は低温でも良好に動作し、氷点下での動作ではリチウムイオンよりも優れています。ドイツ、アーヘンの RWTH (2018 年) によると、浸水鉛酸のコストは kWh あたり約 150 ドルで、バッテリーの中で最も低いものの 1 つです。