さまざまな種類のバッテリー:総合ガイド

すべての電子機器が機能するには電源が​​必要です。ちなみに、電池は現代世界で最も一般的な電源です。これは、携帯機器のエレクトロニクス製造を可能にするためです。

エレクトロニクス業界全体がバッテリーに依存していると言えます。とはいえ、初心者の電子工学エンジニアであれば、次の電子工学プロジェクトに最適なタイプのバッテリーを評価しようとしている可能性が高いでしょう。次のガイドでは、さまざまな種類のバッテリー、その特徴、用途について説明します。

バッテリーとは?

電池のスタック

バッテリーはエネルギー貯蔵装置です。従来、私たちは懐中電灯などの小型電子機器に電力を供給するために電池を使用してきました。ただし、最近では、機能するためにポータブル電源を必要とするすべてのデバイスでバッテリーを見つけることができます.

用途や目的が異なるため、バッテリーにはさまざまな形状やサイズがあります。たとえば、単四電池を使用して自動車を最適にパワーアップすることは期待できません。したがって、車が正しく機能するには、特別なサイズの充電式バッテリーが必要です。

バッテリーの仕組み

電池は電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄えます。 （充電式）バッテリーを充電すると、電力が変換され、化学エネルギーとして保持されます。ストームを使用すると、化学反応が起こり、バッテリーは電荷を電気として放出します。

バッテリーとランプ回路

たとえば、上記の単純な回路のランプが機能するためには、大量の電子が流れる必要があります。従って、電池は、ランプを通して電子を推進するのに必要な推進力を提供する。回路を完成させるには、ライトをバッテリーのプラス端子とマイナス端子に接続する必要があります。嵐の中で十分な電荷があれば、ランプが点灯します。

ただし、バッテリーが電子を回路に通すことができる時間は限られていることを覚えておくことが重要です。基本的に、この制限時間は、蓄積されたエネルギー (充電) の量と負荷による需要に依存します。この例では、ランプが負荷であり、市場は機能するために必要なエネルギーを指します。したがって、バッグは電気を必要とするコンポーネントです。 PCB に関しては、これらのコンポーネントはダイオード、マイクロチップ (集積回路) などです。

セルとバッテリーの違い

さまざまな種類のバッテリーの拡大画像

電池は、化学エネルギーを電気に変換するという基本的にバッテリーと同じように機能する単一のユニット コンポーネントです。ストームは、セルのグループまたはコレクションです。それにもかかわらず、電池の最も一般的な形態はボタン電池です。コイン電池とも呼ばれます。このアクションは、必ずしも正しくないわけではありません。単一のセルは、バッテリーを構成するグループに属することができます。

電池の種類

バッテリーのベクター画像

バッテリーは主に 2 つのカテゴリに分類されます。

• 一次電池: 充電できない使い捨て電池。そのため、人々はそれらを使い捨てまたは使い捨てのバッテリーと呼ぶことがあります。これらのバッテリーの最大の利点は、組み立ててすぐに電流を生成できることです。消費電流の少ない携帯機器や断続的な用途でよく使用されます。
• 二次電池: これらのバッテリーは、しばしば充電式バッテリーと呼ばれます。メーカーは通常、放電状態の活物質を使用してそれらを組み立てます。その後、ユーザーは電流を流して充電できます。ちなみに、充電は使用中に発生する化学反応を逆転させます。充電器および/または充電器と呼ばれるデバイスを使用して充電を行います。電池の種類 (素材) によっては、充電と放電が複数回発生する場合があります。

一次電池の種類:

• 亜鉛-炭素電池

亜鉛炭素電池
出典:ウィキメディア コモンズ

亜鉛-炭素電池は、最も安価な家庭用一次電池です。それらは、亜鉛酸性二酸化マンガン間の化学反応を使用して電流を分散させます。ただし、亜鉛炭素電池の最大の欠点は、出力が低いことです。それにもかかわらず、これにより自己放電率が低くなり、優れた貯蔵寿命が得られます。時計やリモコンには亜鉛電池が最適です。

• アルカリ電池

アルカリ電池の画像

ピクベイ

非充電式アルカリ電池は、最も使用されている家庭用一次電池の種類です。それらは、亜鉛金属と二酸化マンガンの間の電気化学反応を使用して、電荷を保持および分散します。ちなみに、現在の人気の理由は、使用時の威力の高さにあります。少なくとも炭素亜鉛電池（およびほとんどの二次電池）と比較して.さらに、賞味期限が長い傾向にあります。

リチウム電池 (またはリチウム金属電池)

リチウム ボタン電池
出典:ウィキメディア コモンズ

一次リチウム電池は、アノードとして金属リチウム材料を使用します。ちなみに、充電密度が高いため、1回の使用あたりの電力では、亜鉛炭素電池やアルカリ電池よりも優れています。さらに、リチウム金属電池とセルの保存寿命は驚異的です。

それらは 10 年以上持続し、低温下でも機能します。ただし、リチウム電池は、製造コストが高いため、亜鉛炭素やアルカリ電池ほど普及しておらず、入手も容易ではありません。

それにもかかわらず、リチウム金属バッテリとセルは 1.5V ～ 3.7V の電圧を生成できます。そのため、メーカーは通常、それらをより小さなフォーム ファクターにパッケージ化します。

大型のリチウム電池は不安定になるリスクが高くなりますが、軍事用途で使用することはできます。

酸化銀電池

マクセルの酸化銀電池コレクション
出典:酸化銀電池

酸化銀電池は日本では普及していますが、世界ではあまり普及していません。陰極には酸化銀、陽極には亜鉛を使用しています。それらは高いエネルギー密度を持っていますが、かなり高価です。これは、製造に必要な陰極材料 (銀) に起因すると考えられます。シルバーは貴金属です。したがって、必要な銀の量が少ないコイン電池の設計に主に使用されます。

空気亜鉛電池

空気亜鉛電池
出典:ウィキメディア コモンズ

多くの人々は、空気亜鉛電池が酸化銀電池の代替品として受け入れられると考えています。周囲の空気からの酸素を陰極として使用し、陽極を電池内に収容します。エネルギー密度が高いため、補聴器やペースメーカーなどの医療機器に最適です。ちなみに、寿命が長いのは、その構造と構造によるものです。

水銀電池

水銀電池
出典:ウィキメディア コモンズ

水銀 (別名酸化水銀電池/セルまたはルーベン マロリー) 電池は、アルカリ電解液中で酸化水銀と亜鉛電極間の電気化学反応を使用する非充電式電池です。亜鉛炭素電池よりも容量が大きく、安定した信頼性の高い出力を提供します。

通常、水銀電池は通常、コイン電池の形で提供されます。彼らは第二次世界大戦中にトレンディでした.ただし、最近ではそれらを見つけることはほとんど不可能です。しかし、環境と人間の健康に対する水銀の毒性のために、多くの国が水銀の販売を禁止しています。

二次電池の種類:

• 充電式アルカリ電池

充電式アルカリ乾電池
出典:ウィキメディア コモンズ

充電式 アルカリ電池のバージョンは、最も手頃な価格の充電式電池です。さらに、それらは長い貯蔵寿命を持っています。中程度の電力のアプリケーションに便利です。 （他の二次電池と比較して）ライフサイクルが短いにもかかわらず、それらはまだ流行しています。有毒物質を使用していないため、地域の規制が許す限り、ユーザーは通常の埋め立て地で安全に廃棄できます。

ニッケル-カドミウム

ニッケルカドミウム電池
出典:ウィキメディア コモンズ

再充電可能なニッケル-カドミウム (Ni-Cd) バッテリーは、その堅牢性と信頼性から好まれています。さまざまな動作温度範囲と長寿命を備えています。さらに、最も重要なことは、それらが高い電力能力を備えていることです。ただし、充電あたりの実行時間が短い傾向があります。もう 1 つの欠点は、一般的に自己放電率が高いことです (1 か月あたり 30%)。しかし、充電式であることを考えると、これは大きな問題ではありません。

それにもかかわらず、ニッケルカドミウムのもう 1 つの望ましくない特徴は、その構成にあります。ほとんどの Ni-Cd バッテリーの約 15% は、有毒で発がん性のあるカドミウムで構成されています。したがって、消費者と製造業者はそれらを埋め立て地に廃棄することはできません。慎重にリサイクルする必要があります。

ニッケル水素

ニッケル水素電池パック
出典：ウィキメディア・コモンズ

充電式ニッケル水素 (NiMH) バッテリーは、古いニッケルカドミウム バッテリーを改良したものです。それらは同じ電圧を提供しますが、最大 30% 多い容量を提供します。さらに、優れた大電流能力と長いサイクル寿命を備えています。

ニッケル水素電池は、毎月充電量の最大 40% を放電できます。ただし、ニッケル水素電池の自己放電率は、ニッケルカドミウム電池よりも残念なほど高いです。ただし、ニッケル水素電池は有毒なカドミウムを含まないため、ニッケルカドミウム電池よりも優れています.

それにもかかわらず、それらはまだ大量の酸化ニッケルと微量のコバルトを含んでいます。これらは哺乳動物に対して発がん性があります。したがって、ニッケル水素電池は慎重にリサイクルする必要があります。

リチウムイオン バッテリー

リチウムイオン携帯電話バッテリー

充電式リチウムイオン (Li-ion) 電池は、最新の二次電池です。一般的に、ニッケル水素よりも30%軽量です。さらに、少なくとも 3 分の 1 以上の電力容量のニッケルカドミウム電池を提供します。

リチウムイオン電池は、優れた大電流能力を備えています。さらに、サイクル寿命が長い。しかも、自己放電率は月20%。このように、リチウムイオン電池はほぼすべての点でカドミウムベースの電池よりも優れていると推測できます。ただし、それらはそれほど堅牢ではありません。たとえば、リチウム イオン バッテリーは過熱しやすく、火災の原因となる可能性があります。

さらに、有毒なカドミウムは含まれていませんが、ほとんどのリチウムイオン電池には微量の酸化コバルトと酸化ニッケルが含まれています。繰り返しになりますが、これらの化学物質は発がん性があり、人間の健康に有害です。そのため、リチウム イオン バッテリーは慎重に廃棄し、リサイクルする必要があります。

鉛蓄電池

一般的に自動車の電気システムの一部である鉛蓄電池

鉛蓄電池は、世界で最も人気のある充電式電池の種類です。これは主に、その信頼性と生産の経済的実現可能性によるものです。それにもかかわらず、それらはかさばり、重く、特大になる傾向があるため、携帯性はあまり高くありません.さらに、鉛は毒性の高い発がん性化合物です。

したがって、鉛蓄電池を通常の埋め立て地や廃棄物処理場に廃棄してはなりません。製造業者は、古くて損傷した鉛蓄電池をリサイクルして再利用し、新しい鉛蓄電池を製造しています。

すべての種類のバッテリーが充電可能ではないのはなぜですか?

バッテリー充電ベクター画像

二次電池を再充電すると、電子をストームに戻すだけでなく、電池内の化学物質を最初の充電状態に戻します。メーカーが一次電池を作るとき、材料を充電した状態で組み立てます。一次電池の充電を使用すると、その中の材料が永久に再構成されます。再構成プロセスの後、別の注文を保留することはできません。

一方、二次電池は化学反応を起こして電荷を出力し、充電することで元の状態に戻ります。もちろん、これらの変化に対応できる特定の材料と化学物質を使用する必要があります。

バッテリー アプリケーション

車のバッテリーをチェックする男性

電池の最も一般的な用途には次のようなものがあります:

• アラーム
• 通信回線
• 時計
• リモコン
• ペースメーカー
• 補聴器
• ワイヤレス ヘッドセット
• 自動車
• ワイヤレス コンピュータ周辺機器 (キーボードとマウス)
• 携帯ゲーム機（ゲームボーイ）
• スマートウォッチ

バッテリーの選び方

さまざまな種類の電池のスタックを保持している女性

利用可能なすべてのバッテリーの種類を理解したところで、プロジェクトに最適なバッテリーを決定する必要があります。人々が電池を選ぶとき、コストと性能のバランスを重視する傾向があります。ただし、他にも考慮すべき仕様があります。これらには以下が含まれます:

• バッテリーの種類: プライマリ (非充電式) またはセカンダリ (充電式)
• 容量: 負荷がバッテリーから放電できるエネルギー/電気の量。通常、これは amp-hr を使用して表します。たとえば、500mah のバッテリーは 1 時間あたり 1 ミリアンペアをオフロードできます。
• 賞味期限: バッテリーが使用されていない状態で充電を維持できる時間。
• バッテリー動作温度: 描写 使用中または充電中にバッテリーがどれだけ熱くなるか。したがって、この仕様は、バッテリーにヒートシンクまたはクーラーが必要かどうかを判断するのに役立ちます。
• 充電率: 充電式バッテリーの充電速度を表します
• バッテリー寿命: 二次電池を充放電できる回数を表します。あるいは、一次電池の使用可能時間を示すために使用することもあります。

結論

市場には、すべてのポータブル バッテリ駆動デバイス用の単一バッテリ ソリューションはありません。電子機器にはさまざまな形状、サイズ、耐久性があるため、スペースと負荷の要件に最適な電源が必要です。このように、さまざまなバッテリーが存在し、それぞれに長所と短所があります。上記のガイドでは、現在入手可能なすべてのタイプのバッテリーを展示することで、これを強調しました。使用済みのバッテリーは慎重に廃棄し、リサイクルしてください。とはいえ、このガイドがお役に立てば幸いです。いつも読んでいただきありがとうございます。