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蓄電池コラム

蓄電池の仕組みや種類からメリット・デメリットまで 簡単にわかりやすく解説!

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「蓄電池の仕組みが分からない」「蓄電池の種類を知りたい」というお考えではありませんか。蓄電池は何度も充電でき、使用できる電池として様々な場面で用いられております。しかし、一般的に蓄電池がどういう仕組みで動き、どのような種類があるなんて分からないと思います。

また、蓄電池導入後のメリット・デメリットも知っておきたいですよね。そこで今回は、蓄電池の仕組みや種類からメリット・デメリットまで簡単にわかりやすく解説してまいります!蓄電池導入を検討されている方はぜひ最後までご覧ください。

そもそも「蓄電池」とは?

蓄電池とは、何度も充電・使用できる電池(二次電池)のことで、家電製品や電子機器等様々な場面で用いられています。使用例としては次の通りです。

  • スマートフォン
  • ノートパソコン
  • デジタルカメラ
  • 電気自動車(EV)、ハイブリッド車
  • 再生可能エネルギー装置

その中でも「家庭用蓄電池」として分類されるものが、今回ご紹介する蓄電池です。主に夜間の使用や災害時の緊急用電源として使われるもので、1m以内のコンパクトサイズかつ、屋内や屋外に設置して使用します。

蓄電池が持つ「充放電」の仕組みについて

蓄電池の充放電は、乾電池と仕組みが全く同じです。マイナス極には内蔵された電解液に溶けやすい金属、プラス極には電解質に溶けにくい金属が使用されています。マイナス極の金属が電解液に溶けて電子を発生させ、その発生した電子がプラス極に流れ込み、発生した電気が放電されるという仕組みです。

乾電池の場合は、放電し続けると電解液に溶けやすいマイナス極がなくなってしまいますが、蓄電池の場合は使っている素材が違うため、充電することで再利用が可能となります。

充電の場合は、放電と全く逆の反応を起こすことで発生させます。プラス極の金属を溶かして電子を発生させることで、マイナス極へと流れ込み固体化して金属に戻ります。これを繰り返すことによって、充電と放電が繰り返されます。

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蓄電池の種類と各電池の仕組みについて

ここでは蓄電池の種類と各電池の仕組みについてご紹介いたします。一つずつしっかり確認していきましょう。

1.鉛蓄電池

鉛蓄電池は1859年にフランスで開発された最も古い歴史を持つ蓄電池です。開発時より150年が経過した現代でも多くの用途に使用されており、長年の歴史の中で改善が繰り返されていることによって、蓄電池の中では高い信頼性を得ています。鉛蓄電池は以下のような用途で使われています。

  • エンジン駆動時のバッテリー
  • ゴルフカートや高所作業車の電動車両用バッテリー
  • キャンプカーやレジャー用船舶のバッテリー

鉛蓄電池は原価の安い鉛が使用されており、容量あたりの電力単価が安く、大電流の放電ができるため、このような用途で使われています。しかし、使い方によっては充電性能が劣化して電池寿命が大幅に低下してしまいます。

ただ、各車両のバッテリーとしてしっかりと根付いているため、現代でも生活に欠かせない蓄電池といえるでしょう。

2.ニッケル水素電池

乾電池タイプの蓄電池で、以前から販売されています。家電量販店や携帯ショップ等幅広く販売されているため、目にした方も多いのではないでしょうか。

実はこのニッケル水素電池は充電式乾電池の「第二世代」と呼べるもので、第一世代はニッケルとカドミウムを使用した「ニカド電池」が主流でした。しかし、使用されているカドミウムに毒性があることから環境や人体への影響が懸念され、新たに開発されたのがニッケル水素電池です。

環境や人体に影響のない水素を電極に使用したことで安全性が高く、ニカド電池の約2.5倍もの容量を持つことで、ニカド電池の市場を大きく上回り、現在に至っています。

また、金属の中に水素を閉じ込めた「水素吸蔵合金」が発明されたことにより、電池の中に効率的に水素を蓄えられるようになりました。自らの体積の1000倍もの水素を蓄え、蓄電池の中に閉じ込めます。その水素がマイナス極からプラス極に流れ込み、オキシ水素化ニッケルと結合してニッケル水酸化物Ⅱを生成して電気を発生させます。

近年に入ってからはリチウムイオン電池が主流となってしまいましたが、それまではカメラ等にも使われていた乾電池の後発電池として主流となっていた蓄電池です。

3.リチウムイオン電池

身近な日常生活においては鉛蓄電池よりも知られている蓄電池がこのリチウムイオン電池です。頻繁な充放電や満タン時の充電が多くなるため、ノートパソコンやスマートフォン等の電子機器に最適だとされ、今では大半のモバイル機器の充電池として利用されています。

また、小型ながら容量が大きくて長寿命というメリットがあり、近年はサイズの大型化にも成功したことから、電気自動車のバッテリーや家庭用蓄電池としても利用されています。

リチウムイオン電池はイオン化による化学反応によって電気エネルギーを生み出しているのですが、最大の特徴は、電池の中に含まれている溶液の「イオン化傾向(イオンになりやすい傾向)」が非常に高いという点です。この特性が生み出す電気エネルギーの高さから、3.6Vという電圧を生み出しています。

2020年現在でも小型化と大容量化の技術開発が進み、今後もさらなる技術革新が期待できる蓄電池です。

4.NAS電池

日本ガイシが研究開発した、メガワットという超大容量の貯蔵設備を可能とした世界初の蓄電池です。
プラス極に硫黄、マイナス極にナトリウム、さらにリチウムイオン電池と同じく電解液にはファインセラミックスと呼ばれる材料が用いられ、硫黄とナトリウムの化学反応により充放電を繰り返します。

メガワット級の電力を貯蔵できながらも安価な点や、設置場所の制約が少ないことが特徴としてあげられます。しかし、使用されている硫黄とナトリウムが危険物として指定されている点や、作業時には作業温度を300度に維持する必要があるため、取り扱いには細心の注意と安全性が求められます。

蓄電池が普及し始めた理由とは?

なぜ蓄電池が一般家庭などに普及したのでしょうか。ここでは蓄電池が普及し始めた理由についてご紹介いたします。

節電効果が高いから

蓄電池は大きな節電効果をもたらします。特に太陽光発電と連動させると、太陽が出ている昼間に発電するため、発電した電気を蓄電池に溜めておくことができます。

蓄電池に溜めておいた電気を夜間に使用することで、大きな節電効果が得られます。特に昼間は外出していて、あまり電気を使用しない家庭には適したシステムです。

災害時等の停電時に利用できるから

災害によって電力会社からの電気供給が止まってしまった例は過去にいくつもあります。そんな時も、蓄電池が稼働できる状態であれば安心して生活ができるでしょう。もしもの時の災害対策として、蓄電池は注目されています。

蓄電池を導入するメリット

蓄電池を導入するメリットは次の通りです。

  • 電気代を抑えられる
  • 太陽光発電との連携ができる
  • 非常時に電気を利用できる

それぞれのメリットについて詳しくご紹介いたします。

電気代を抑えられる

蓄電池を設置する最も大きなメリットは、電気代を抑えられる点です。電力会社から供給される電気を蓄え、電気使用量の多い時間帯(ピーク時)に放電することで、電気代を抑えられます。
特に「オール電化プラン」との相性は良く、日中に電気を蓄え夕方や夜間に使用すれば大幅に電気代を削減できます。

太陽光発電との連携ができる

近年では、太陽光発電システムと連携できる蓄電池が開発・販売されています。
太陽光発電システム単体では、太陽光を電気へ変換し、電気機器へ供給するのみの機能です。しかし、蓄電池と連携させて蓄電池の充電を行えば、夜間でも電力会社から電気を購入する必要がなくなります。

非常時に電気を利用できる

蓄電池は、災害等による停電にも活用できます。蓄電容量までの使用ですが、それでも冷蔵庫内の維持やスマートフォン等の充電には十分です。
大規模地震や台風による停電は、1週間以上かかると予想されています。また、自治体や企業による復旧作業にも時間がかかるので、家庭でできるエネルギー対策にも力をいれておくといいでしょう。

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蓄電池を導入する際のデメリット

蓄電池を導入するデメリットは次の通りです。

  • 初期費用が高い
  • 寒冷地での設置には不向き
  • 寿命がありずっと使い続けられるわけではない

それぞれのメリットについて詳しくご紹介いたします。

初期費用が高い

蓄電池は初期費用の高さが大きなデメリットとしてあげられます。家庭用蓄電池で100万~200万程度の設置費用が必要です。普及と共に年々設置費用は下がっていますが、まだまだ手が出しづらい価格です。

寒冷地での設置には不向き

家庭用蓄電池のサイズは、本体のみで縦・横・奥行きそれぞれ1m未満です。特に近年は小型化が進み、冷蔵庫よりも小さくコンパクトになっているため設置に困ることはあまりないようです。
ただし、気温に関してはまだ問題点がいくつかあります。気温がマイナス10~20度の場所に設置してしまうと、蓄電性能が低下してしまいます。
あらかじめ冬場の平均気温を確認し、屋外か屋内かを決めておきましょう。

寿命がありずっと使い続けられるわけではない

蓄電池は経年劣化します。寿命は20年ほどで、15年程度で蓄電容量が70%まで低下する傾向があります。継続的に使用するためには、その都度設置費用を負担する必要があります。蓄電池を導入する歳には、何度か設置費用がかかり、一度だけの負担ではないことも覚えておきましょう。

停電時に使いやすい蓄電池の選び方は?

ここでは蓄電池の選び方として、停電時に使いやすい蓄電池の選び方をご紹介いたします。

ライフスタイルに合わせた蓄電容量で選ぶ

蓄電池を選ぶ際に重視したいのが「蓄電容量」です。蓄電容量は電気を使用できる時間を左右する要素で、単位は「kWh」です。長時間の停電を想定するなら、蓄電容量が大きい製品を選ぶ必要があります。
一般家庭向けの蓄電池の容量は主に6~8kWhで、それ以上になると価格が高くなります。ライフスタイルに合わせたものを選ぶと使いやすくなります。

200Vに対応しているものを選ぶと安心

使用する蓄電池が100Vタイプなのか200Vにも対応できるかも、購入前にチェックしておいた方が安心です。停電時にエアコンやIHを使用したい場合には、200Vに対応している蓄電池を選ばないと動かせません。特に夏のエアコンは命にも関わる問題です。できる限り200V対応の蓄電池を選んでおきましょう。

電気を「家全体」と「家の一部」どちらで使うか選ぶ

蓄電池は、停電時に家全体へ電気を供給する機種と、選択した回路のみで電気を使用できる機種があります。
停電時に電気を使う家電が限られるものを「特定負荷型」、停電時に家中のコンセントや照明が使えるものを「全負荷型」と呼びます。
全負荷型であれば家全体で電気を使用できるため、停電の長期化にも安心です。災害時の対策を検討している場合には全負荷型がお勧めです。

まとめ:蓄電池は電気代削減から災害時の電源まで幅広く活躍できる!

蓄電池は電気代の削減はもちろん、近年頻発している災害にも対応できるため非常に注目されています。特に電気は日常生活になくてはならないもので、停電になると多くの方が不安を覚えるでしょう。
そんな時でも、最低限の電気があればライフラインの維持にも役立ちます。
ぜひこの機会に、蓄電池の導入を検討してみて下さい。

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