鉛蓄電池とも呼ばれる鉛蓄電池は、主に鉛でできた電極と硫酸溶液でできた電解質を備えた電池の一種です。 一般に開放型電池とバルブ制御型電池の2種類に分けられます。 前者は定期的な酸注入メンテナンスが必要ですが、後者はメンテナンスフリーのバッテリーです。
鉛蓄電池は、1859 年にフランスの物理学者ガストン・プランテによって発明された最も初期のタイプの充電式電池です。鉛蓄電池は、エネルギー対重量比およびエネルギー対体積比が非常に低いにもかかわらず、高いサージ電流を供給する能力があることを意味します。比較的大きなパワーウェイトレシオ。 これらの機能は、低コストに加えて、モーターの始動に必要な大電流を供給する自動車での使用にとって魅力的なものとなっています。
鉛の化学は成熟しましたが、今日でも広く使用されています。 人気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。 鉛蓄電池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く、自動車、ゴルフ カート、フォークリフト、船舶、無停電電源装置 (UPS) におい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できています。 純粋な鉛は柔らかすぎてそれ自体を支えることができないため、機械的強度を確保し、電気的性能を向上させるために少量の他の金属が添加されました。 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一般に「鉛アンチモン」および「鉛カルシウム」と呼ばれます。
アンチモンとスズを添加すると深部循環を改善できますが、これにより水の消費量が増加し、バランスを取る必要が生じます。 カルシウムは自己放電を減らすことができますが、鉛カルシウムプレートは過充電中のゲート酸化による成長の副作用を引き起こす可能性があります。 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減らすために、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。
ディープサイクル中、鉛酸はニッケルやリチウムベースのシステムより重く、耐久性が劣ります。 完全に放電すると歪みが生じ、各放電/充電サイクルによりバッテリーから少量の充電が永久に奪われます。 バッテリーが良好な状態にある場合、損失は最小限ですが、性能が公称容量の半分に低下すると、フェージングが増加します。 この摩耗特性は、程度の差はあれ、すべてのバッテリーに当てはまります。
放電深度に応じて、ディープサイクル用途に使用される鉛酸は 200 ～ 300 回の放電/充電サイクルを実現できます。 サイクル寿命が比較的短い主な理由は、正極のゲート腐食、活物質の消耗、および正極板の膨張です。 動作温度が高く、高い放電電流が流れると、この劣化現象が加速します。
鉛蓄電池の充電は簡単ですが、正しい電圧制限に従う必要があります。 低い電圧制限を選択するとバッテリーをカバーできますが、性能の低下や負極板への硫酸塩の蓄積につながる可能性があります。 電圧を高く制限すると性能は向上しますが、正極板にゲート腐食が発生します。 適時に修理すれば、硫酸化を元に戻すことができますが、腐食は永久に残ります。
鉛酸は急速に充電できず、ほとんどのタイプでは完全に充電するまでに 14 ～ 16 時間かかります。 バッテリーは常にフル充電しておく必要があります。 バッテリー残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る可能性があります。 負極に炭素を追加するとこの問題は軽減されますが、比エネルギーも低下する可能性があります。
