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正しい電池の知識
 
2006/06/30 (以前D.I.Y.雑談に含まれていたものを再編集しました。)

電池についての正しい知識を一般に伝える努力をメーカーは怠っているのではないかと私は常々感じている。 昔は我々庶民に馴染んだ電池はマンガン乾電池と称する構造的に1種類のみで、容量、出力電圧の違いで幾つかあっただけだが(単1、単2、単3と積層乾電池が数種)、現在では知らず知らずのうちに使っている日常の電池だけでも、充電池を含めると電池構造の違いだけでその数は両手の指では足らない。 まして容量、出力電圧の違いを入れたら、とても全貌を覚えきれるものではない。 そこでこれだけは知っていて欲しいとの使用上の注意点だけに絞ってお話をすることとした。

1.電池は寒がり屋!
  我々が使っている殆どの電池は化学電池である。 従って化学反応により電気を発生するという共通した部分があるが、化学
  反応は温度が高いほど活発になり、低いほど不活発となる。  その程度は電池の程度によって変わるものの基本的に大変
  寒がりであり電池の持つパワーは環境温度により大きく変化する。 

  低温下では電池のパワーや寿命が減少、高温下では保存時の自己放電が進み容量が減少。という傾向がある。

  前者の具体例は自動車のバッテリー。 昨日までちゃんとエンジンが掛かったのに今朝は突然駄目。なんていうのは、冬の
  低温下でパーキングし完全に冷えきっていると起きやすい。 これは気温が低いことによるバッテリーの不活性化が原因であ
  り、ケーブルで他の車のバッテリーと直結接続してやればエンジン始動と共にバッテリーが充電されバッテリー自身の温度も
  上がるから回復するが、根本の原因はバッテリーの老化にあるから交換時期が近づいているとも言える。
  「寒冷地仕様」という自動車があるが、バッテリーの容量が低温下でも問題を起こさないよう容量を大きくするとか低温下でも
  放電能力低下の少ないものに変更してある。(寒冷地仕様というのはこれだけを指すのではないが。)  
  また低温下でカメラのシャッターやフィルム巻上げが出来なくなってしまう原因の一つに、低温下のバッテリーの容量低下があ
  る。 このようなバッテリーでも常温に戻れば使えるので話はややこしい。

  後者での具体例は、直射日光に長時間さらされたり高温下に置かれた電池等で問題だ。
  特価販売と称して乾電池を多数まとめてパックしたものを安売りしているのを良く見かけるが、これらをこともあろうに店頭で、
  太陽の日差しの元で積み上げて販売している無神経としか言いようのない店がある。 これは乾電池(マンガン乾電池と
  アルカリ乾電池)
が持っている自己放電を促進しているようなもので、使用推奨期限が電池に記載されているとはいってもそ
  の様な電池は買わないほうが賢明というか私はそんな店では他の買い物もしないことにしている。

  使用時は高めの温度の方が元気が良く、低温下ではパワーが下がる。 電池は寒がり屋なのだ。

2.電池の使用期限。
  前述のようにマンガン電池、アルカリ乾電池は自己放電しやすい傾向にあるので、使用期限が必ず明示されている。
  (本体に印刷されているものと、底面に刻印の形で入っているものあり。) 従って購入時にそれを確認した方が良い。 
  しかしその表示は極めて小さいものが多く、特に4本、8本のパッケージでは、パッケージに邪魔されて見えにくいものがある
  ので注意されたい。 私はその表示をチェックして購入しているが、時には期限を過ぎているものを売っている店を見かけるこ
  とがある。 実際上の問題としては以前よりも保存性能は改善されたので、期限切れ=使用不能ではないが、管理意識の
  観点からは面白くない。

  なお酸化銀電池、リチウムイオン電池は自己放電が少ないので使用期限の表示はされていない。

3.乾電池は充電できない。
  マンガン乾電池、アルカリ乾電池は1次電池といわれ一度消耗してしまうと復活できない。 しかしマンガン電池やアルカリ乾
  電池を充電できると称する器具が昔から売られている。 これらで本当に充電できるのだろうか? 

  化学電池の電気を発生する仕組みは、物質の酸化・還元作用を応用したものだ。 よって錆びるということと、電池が電気を発
  生することは非常に良く似た化学現象なのだ。 充電可能な電池の場合には、酸化されたものを還元する(或いはその逆)
  いう作用を電池に与えることが出来る電池であり、酸化->還元->酸化->還元と、可逆的な化学作用が繰り返される。 

  しかしマンガン電池が放電する時に溶けた亜鉛(亜鉛イオンの状態)は充電しても元の金属亜鉛には戻らない(還元しない。)
  可逆反応を起こさないから充電できたとは言えないのである。 けれどもいかにも充電できるように説明されているし、私も本
  当に充電できるのかどうか実験したことがあるが、確かに回復するように見うけられた。
  しかし本来の充電とは異なり「活性化が若干進み化学反応をし易くなるため回復したように思える状態。」と理解してい
  る。、その状態は浅くて充電?後長時間放置するとその効果はなくなってしまうことも確認した。  結論から言えば、充電で
  はなく補力程度の効果。と考えた方が良い。 むしろ注意すべきことは、充電することにより電池が破裂する危険があり
  電池内部の強アルカリ性の電解液が飛散して人体に危険であると共に周りの物にも被害を及ぼすことだ。 
  このようなリスクが伴うこともあり、決して乾電池を充電しようなどとは考えない方が安全。 それよりも乾電池の場合には間欠
  使用することによる回復するという性質があるので、時々休める事で寿命を長く出来るということを知っておいた方が良い。

4.代用できる電池とそうでない電池
  電池は基本的にその電池を使う機器メーカーの指示に従って使うのが原則だが、中には替えても差し支えのないものや替え
  た方が経済的であるものがある。 代表的なものについて挙げてみた。

 ・マンガン乾電池やアルカリ乾電池をニッカド充電池に置き換える。
  マンガン乾電池やアルカリ乾電池は公称出力電圧1.5Vで一方のニッカド充電池は1.2Vで一見問題が起きそうだが、実際には
  殆ど問題が起きない。 というのは、マンガン電池やアルカリ乾電池は使用するにつれて出力電圧がダラダラ下がるタイプで
  あり、これらの電池の出力電圧を1V以上ということで設計された機器が多い。 一方のニッカド充電池は放電終了まで1.2Vの
  出力電圧が余り下がらず最終放電電圧を1.0Vとして考える使い方が殆どだ。 よってマンガン電池、アルカリ乾電池の替りと
  して十分に機能する。 ニッカド充電池は400回程度まで充放電可能と言われるから、使用量の多い場合にはマンガン乾電池
  より経済的になる。 置時計やリモコンなどではマンガン電池でも1年くらいの寿命があるのが普通なので経済効果は薄い
  が、子供のおもちゃを駆動する電池、使用頻度の高いラジオ用などではかなり経済的といえる。 但しニッカド電池は自己放
  電をかなりするという性質があるので、懐中電灯などに使用するのはいざというときには放電しきっていて使いものにならな
  い!ということがあるので要注意だ。

 ・アルカリボタン電池を酸化銀ボタン電池の替りに?
  大変ポピュラーなアルカリボタン電池のLR-44という1.5Vの電池がある。 11.5φ厚み5.5mmのサイズで、電卓、時計、携帯
  ゲーム機等に多く使われている。 一方全く同一のサイズで出力電圧1.55VのSR-44という酸化銀電池がある。 
  こちらはカメラなどで多く用いられている。 絶対使用量はLR-44の方が大きいから入手性も良くスーパーでも簡単に購入可
  能。 値段もLR-44の方が遥かに安い。 それじゃSR-44の替りにLR-44を使えないか? という疑問が起きるが、その答
  えは簡単にYESとは言えない。 というのは、酸化銀電池の出力電圧は使用時間が増えていっても大幅な低下はしない。 
  一方アルカリボタン電池はアルカリ乾電池と同様出力電圧は1.5Vからダラダラと下がって行く。 従って機器の設計者として
  は、使う電池に期待する最終電圧をベースに動作電圧を設計するので、酸化銀電池を使う機器の場合の動作電圧はアルカリ
  電池よりも高くなっていることが多い。 

  よってアルカリボタン電池を使った場合、酸化銀電池の場合よりも使用可能時間が大幅に短くなる可能性があり、機器の精度
  が電池電圧に依存している場合には、動作誤差が大きくなることもある。 酸化銀電池を標準にしているからにはそれなりの
  理由がある筈で、サイズと電圧が近しいからというだけで、安いLR-44に置き換えるのは問題を起こす可能性ありだ。

  但し電池切れで入手性から応急的にSR-44の替りにLR-44を使うのはやむを得ないし、その為に機器が壊れることはない
  から安心されたい。 またLR-44の替りにSR-44の使用は全く問題がないが、コスト負担は大きい。

 ・マンガン乾電池アルカリ乾電池をリチウム電池に置き換える
  リチウム電池は3Vの出力電圧を主とし形も従来にはない形やサイズのものが多い。 一方入手性は悪いが単3型も出回って
  きている。 出力電圧は1.55Vであるので互換性がある。 リチウム電池共通のメリットとして容量が大変大きく重量が軽い。 
  容量の方はアルカリ乾電池と比較して2倍といわれるが、価格もおよそ2倍する。 しかし単3を例えば8本使う機器(動作電圧
  が8-9V)などでは、リチウム電池に替えただけでオッと気がつくくらい軽くなる。 この意味で例えば写真撮影用のストロボ等
  ではメリットがある。  飛行機でヨーロッパに飛ぶ機内で10時間以上時間をつぶす必要のあるとき、ゲームボーイにリチウム
  電池を詰めて遊びっぱなし。何てことも、この電池ならではの使い方だし現役時代私はよくやっていた。

 ・単3を単2の替わりに?
  単3乾電池は単2乾電池よりふたまわり細い形状をしているが、高さは単2と全く同じである。 このため単3を単2のピンチヒ
  ッターとして使える。 最も簡単且つ安直な方法は、単3の高さの幅に切った紙をくるくると巻いて単2と同じ位の太さにして電
  池ホルダーに挿し込む方法で、キャンプのときに電池切れを起こした懐中電灯にこの方法で単3を挿入して応急処置をしたこ
  とがある。 問題は容量で、言うまでもなく単3の容量は単2に比べるとかなり小さいから長持ちしないが、アルカリ乾電池で
  あれば意外に頑張ってくれる。 普段こんな使い方はしないだろうが覚えておいて損はない。 尚この目的のアダプターも市販
  されているし、ニッカドの充電器にも同様なサイズ変換アダプターがある。

 ・水銀電池の替りに何が使える?
  環境汚染問題から使用禁止になった水銀電池だが、これを使った機器を持っていて何とかならないものかと考えている方がい
  ると思う。 水銀電池は出力電圧(1.35V)が空っぽになる直前まで維持できる優れた放電特性を持ち、体積の割には容量も
  取れる有能な電池であった。 優れた放電電圧特性を生かし、カメラの露出計用では独壇場だったことを記憶している方もか
  なりいると思う。

  私も改めて水銀電池を使った手許の機器の数を一度調べてみたところ6台あった。(全てカメラ関連) それらはまだ完全に動
  作するため水銀電池に替わる電池さえあれば使える。 こんなときどうすれば良いか? 一番手っ取り早いのがカメラ店で販
  売されている電池変換アダプターである。 このアダプターは酸化銀電池を水銀電池の替わりに使うもので、便利だがひとつ
  問題がある。 それは非常に割高なことなのである。 はっきり言って、足元を見られているようなものだ。

  アダプターの機能は2つあり、第一が大きさの変換。 元々使われた水銀電池より外形の小さな酸化銀電池を使用するた
  め、外形の変換が必要となる。 第二が電圧変換で、酸化銀電池の1.55V出力を1.35Vに落とさねばならないのと、水銀電
  池は使い切る間際まで出力電圧が殆ど下がらない(定電圧)特性を確保せねばならない。 抵抗を繋いで電圧を下げてやれ
  ば!なんて言う安直な方法では駄目で、半導体の定電圧素子を使う等一般的ではないテクニックが必要になるのでD.I.Y.は
  決して簡単ではない。 

  よって高価な変換アダプターを購入するか、それらの機器はコレクターアイテムとして飾っておくしかない。
  無理に安直な方法で酸化銀電池に置き換えると、機器を壊すか、動作がおかしくなる可能性が大のでやらない方が良い。

 5.特質が相半ばする各種充電池
  現在充電可能な電池で一般的なものは、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛電池の4種類だ。
  何れも充放電の反復使用が200-400回出来るもので、使用頻度が高い場合には大変経済的である。  但しそれぞれの電
  池には色々な特質があり、どれがベストと単純には言えないし、自分の好みで入れかえるなんて事も基本的に出来ないのだ
  が、充電池を使った購入機器の購入選択基準にも入ってくると思うので一般的な特質を表にしてみた。

電池の名称 大電流 重量 容量/体積 充電方法 メモリー効果 価格 備 考
ニッカド
ニッケル水素
リチウムイオン






X





X
X
X




環境保護上廃棄に注意要
ニッカドより大容量
充電器自作は不可能?
過放電に弱い

 ・腹一杯状態が良い充電池
  上記充電池の中で鉛蓄電池は常に満タンの方が元気な電池である。 従って使わないときでも充電器を繋ぎっぱなしにして
  おき、僅かな充電電流を流しておくことにより元気さを最大に保った使い方が在るくらいだ。(非常用の照明器具の電源、パソ
  コンの停電時のバックアップ用UPS等)  この鉛蓄電池は空っぽ状態になることを極度にいやがり、空っぽになればなるほど
  充電しても元に戻りにくい(満タンにならない)という癖がある。 従って充放電の寿命を重要視するのであれば、半分放電した
  ら完全充電する。といった、使い方が必要になる。

 ・空っぽの方が良い充電池
  腹を空かせた状態の方がどちらかというと元気な変わり者もいる。 ニッカドやニッケル水素充電池がそれらだ。 これらは放
  電時に完全に空っぽになるまで使い切ってから充電することにより完全充電が可能であり、例えば保存するのであれば放電
  状態の方が良い。(使用時直前に充電する。)  中途半端な放電後充電すると、その時の充電開始時点が完全放電ポイント
  だと思うようになり、見かけ上の容量が減ってしまうという悪い癖が在る。(メモリー効果といわれる。)  
  従ってニッカド電池を正しく使うには充電開始前に完全放電することが不可欠であり、特に工夫された充電器では完全放電を
  させてから充電モードに入るものも在る。  一般に売られている安価なニッカド充電池用の充電器にはこのような仕掛けがつ
  いていないが、この癖を知っておいて使えばメモリー効果による容量低下が無く寿命は長くなる。

 ・パソコン用に最適な充電池
  パソコン用に使用される充電池には、ニッカド、ニッケル水素そしてリチウムとあるが、ニッカド充電池、ニッケル水素充電池に
  はメモリー効果があり電池を長持ちさせるには正しい充電が必要になる。 しかし前述のように完全放電してから充電器に
  繋ぐという操作は、パソコンで考えながら仕事をしているときには大変厄介な操作でしかなく、気がついたらメモリー効果で容
  量が減っていたなんていうことが起こりやすい。 10年以上前の話だが、まだノートブック用の電池としてニッカド充電池しかな
  かった時、メモリー効果のため駄目にした電池が4本も溜まったことを経験した。 その費用負担は全く無視できるものではな
  い。  その点ではメモリー効果のないリチウムイオン電池が使いやすいが、電池の選択は出来ないのでリチウムイオン電池
  が使われている機種を選ぶしかない。

 ・デジカメ、ゲーム機、電気かみそり用の充電池
  使っている機器が放電状態を検知し自動遮断するまで或いは動作しなくなるまで使うのであれば、ニッカド、ニッケル水素でも
  問題ない。 私はニッカドを使った電気かみそりを使っているが、電池の残りがないとのビープ音が出てきても委細構わず、モ
  ーターがこれ以上はもう駄目、回らないよ!というまで使ってから、充電している。 かれこれ12年を経過しており、2週間に
  一度程度の充電頻度だがまだ電池容量の問題はない。 スペックに記載された400回の充電回数は軽くクリヤーするであろう
  し、正しく使えばニッカドがこんなに持つと言う実験台みたいなものだ。(余談だが16年を経過してこの電気かみそりの電池は
  充電不能になった。 1年52週とすれば2週間に1度充電したとすると16年で416回充電したことになる。 モーターもそろそろ
  寿命であろうし十分に元が取れたと考えている。)


 ・おもちゃ用に充電池を使う
  おもちゃ用に使われる単1、単2、単3のマンガン乾電池アルカリ乾電池の替りにニッカド充電池の使用は経済性も含め、
  極めてお薦めだ。 但しおもちゃが完全に動かなくなるまで使い切ってから充電する。 普通の充電器は10-12時間掛けて小
  電流で充電するタイプだが、充電池のメーカー製の急速充電器であれば、1時間くらいで安全に充電可能である。

 ・ラジコン自動車用の充電池
  ラジコン自動車で使われる電池は大電流を取り出せる能力を求められる。 その為には低い内部抵抗が不可欠だが、この点
  で最も優れているのはニッカド電池である。 前の項でパソコン用にはリチウム充電池がベストと言いながら、この分野ではニ
  ッカドが未だに最高なのである。 無論メモリー効果で容量が減ってしまっては競技に大きく差し支えるので、充電前に完全
  放電が出来る機能付きの充電器が売られている。 これとの組合わせで最高のパワーが発揮されるのだ。

 ・ガム電池使用上の注意
  一時はポータブルカセットプレーヤー用にかなり使用されたガム電池(チューイングガム数枚を束ねたような大きさのシール
  電池)は、実は鉛蓄電池であり、空腹にしてしまうと充放電サイクルの寿命が短くなる癖が在る。 ニッカド充電池とは違って
  完全放電する前に充電してやること。 これで寿命は大幅に伸びる。 数本を持っていて早めに交換する使い方が望ましい。

 ・複雑な充電メカニズム
  歴史の最も長い鉛蓄電池は、充電進行状況、完全充電されたかどうかの判別がしやすい。 従って充電器を自作も比較的容
  易だが、ニッカド、ニッケル水素、リチウムなどの充電池の充電メカニズムは非常に複雑になっている。 特に過充電による爆
  発や火災のリスクが高い点は要注意で、中でもリチウム電池は非常にデリケートで汎用のリチウム電池や充電器が未だに出
  回っていないのもこれが理由である。 ニッカド、ニッケル水素などの汎用充電池を使う場合も、A社の電池にB社の充電器を
  使うというのは厳密に言うと望ましくない。 「充電池は専用充電器と対で使う。」と考えた方が安全だ。 
  小電流で長時間(12時間が多い。)かけて充電するニッカド用の充電器や、鉛充電器は自作可能だが、一般的には安全性を
  考えるとD.I.Y.の範疇とは言いがたい。

 6.電池の廃棄の方法
  環境破壊に繋がる水銀が水銀電池のみならず、触媒としてアルカリ乾電池などにも以前は含まれていた。 そのような水銀を
  含んだ電池は現在ないが、鉛、カドミウム、硫酸、苛性カリなど毒性があったり環境破壊に繋がる物質がまだまだ電池には含
  まれている。 またリチウムは水と激しく反応する物質であり、使用済みの電池の廃棄には十分な配慮が必要である。
  私がやっている方法は、「使用済みの電池を引き取ります。」との表示のあるカメラ店等に持って行き廃棄をお願いしてい
  る。 一般のゴミと一緒に捨てる。というのは、言語道断である。


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