このチュートリアルでは、電気および電子システムにおける重要なコンポーネントの一つについて学びます：バッテリー。 私達は電池についての基本的な情報を見ましたり、異なったタイプの電池およびまたどんな電池のタイプがあなたの適用のために適しているか,
概要
はじめに
あなたが電気技師であろうとなかろうと、あなたの人生で少なくともいくつかの異なるタイプの電池に遭遇したかもしれません。 電池を使用する共通の場所のいくつかは比較的大きい充電電池を使用する小さく使い捨て可能な電池か車、トラックまたはモーター周期を使用する
電池は、最後の十年かそこらで非常に重要なエネルギー源となっています。, でも、これに限定されるものではあった私たちの生活の一部で電源に複数のポータブル機器にトランジスタラジオ、ウォークマン、携帯ゲームカメラなど。
しかし、高度なスマートフォン、タブレット、ノートパソコン、太陽エネルギー、電気自動車の開発により、長持ちし、必要なエネルギーを供給することができる強力なバッテリーの研究はピークに達しています。
実際のところ、2019年のノーベル化学賞は、リチウムイオン電池の開発に対してJohn B.Goodenough、M.Stanley Whittingham、吉野明の三人の科学者に授与されています。,
バッテリーとは何ですか？
電池は、電気エネルギーを化学物質の形で貯蔵し、電気化学反応によって貯蔵された化学エネルギーを直流電気エネルギーに変換する化学装置である。 イタリアの物理学者アレッサンドロ-ボルタが1800年に最初の電池を発明した。
電池内の電気化学反応は、電流を介してある材料から別の材料（電極と呼ばれる）に電子を移動させることを含む。,
セルおよび電池
電池という用語がしばしば使用されるにもかかわらず、実際のエネルギー貯蔵を担う基本的な電気化学単位はセルと呼ばれ セルは、ちょうど述べたように、化学エネルギーの変換によって生成される電気エネルギーの源である基本的な電気化学単位です。
その基本的な形態では、セルは典型的には三つの主要成分を含む：二つの電極および電解質および端子、セパレータおよび容器からなる。 電極といえば、アノードとカソードと呼ばれる二種類の電極があります。,
陽極は負極（燃料極または還元電極とも呼ばれる）である。 それは外部回路に電子を失い、電気化学反応では酸化される。
一方、陰極は正極（酸化電極とも呼ばれる）である。 それは永遠の回路から電子を受け入れ、電気化学反応では還元されます。 したがって、電池内のエネルギー変換は、電気化学的酸化還元反応によるものである。
細胞の第三の重要な成分は電解質である。, 電解質は、二つの電極間のイオンの形態で電荷を移動させるための媒体として作用する。 したがって、電解質は、イオン導体と呼ばれることがあります。 ここで注意すべき重要な点は、電解質は導電性ではなく、単にイオン伝導性を有することである。バッテリは、多くの場合、必要な電圧および電流レベルを提供するために直列または並列構成のいずれかで電気的に接続される一つまたは複数の”セ,
異なるタイプの電池
基本的に、すべての電気化学セルおよび電池は二つのタイプに分類されます：
- 一次（非充電式）
- 二次（充電式）
これら二つのタイプの電池には他にいくつかの分類があるにもかかわらず、これら二つは基本的なタイプです。 簡単に言えば、一次電池は非充電式電池である、すなわち電気的に再充電することができないが、二次電池は充電式電池である、すなわち電気的に再充電することができる。,
一次電池
一次電池は、ライト、カメラ、時計、おもちゃ、ラジオなどのいくつかのポータブル電子および電気機器のための電力のシンプルで便利な 電気で充電できないため、”使用して放電したら捨てる”タイプです。
通常、一次電池は安価で、軽量で、小型で、比較的維持がないか少ない状態で使用するのが非常に便利である。, 国内適用で使用される第一次電池の大半は単一セルのタイプで、通常円柱構成入って来（、異なった形およびサイズのそれらを作り出すことは非常に
一般的な一次電池タイプ
1970年代までは、亜鉛アノードベースの電池が主な一次電池タイプでした。 1940年代、第二次世界大戦中および戦後、亜鉛炭素系電池の平均容量は50Wh/kgです。
電池技術における最も重要な開発は、1970年から1990年の間に行われた。, それはこの時間の間に、有名な亜鉛/アルカリマンガンの二酸化マンガン電池が開発され、主要な第一次電池としてより古い亜鉛カーボンタイプをゆっ
この時期には亜鉛–酸化水銀電池およびカドミウム–酸化水銀電池も使用されましたが、水銀の使用に関する環境問題のため、これらの電池は徐々に段階的に廃止されました。,
この時期に、リチウムを活性負極材料とする電池の開発が開始され、従来の亜鉛電池に比べてリチウム電池の比エネルギーが高く、貯蔵寿命が長いことから、大きな成果と考えられている。
リチウム電池は、特定のアプリケーション（時計、メモリバックアップなど）用のボタンおよびコインセルとして製造されています。）より大きい円柱タイプ電池がまた利用できる間。
次の表は、さまざまな種類の一次電池とその特性と用途を示しています。,shelf life
Replacement for button and cylindrical cells
Lithium/Solid Electrolyte
Memory circuits, medical electronics
Secondary Batteries
A Secondary Battery is also called as Rechargeable Battery as they can be electrically recharged after discharge., 電気化学セルの化学的状態は、それらの放電の反対方向にセルに電流を流すことによって、それらの元の状態に”再充電”することができる。第一の用途では、二次電池は基本的に、主エネルギー源に電気的に接続され、それによって充電され、必要に応じてエネルギーを供給するエネルギー貯蔵デバイスとして使用される。 そのような用途の例は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、無停電電源装置（ＵＰＳ）などである。,
二次電池の用途の第二のカテゴリーは、電池が一次電池として使用され、放電される用途である。 それが完全に放電される（またはほぼ完全に放電される）と、それを破棄するのではなく、バッテリは適切な充電機構で再充電される。 そのような適用の例は可動装置、ラップトップ、電気自動車、等のような現代携帯用電子工学すべてである。,
二次batterieのエネルギー密度は一次電池のそれより比較的低いですが、高い発電密度、平らな排出のカーブ、高い排出率、低温の性能のような他のよい特徴が
一般的な二次電池タイプ
最も古い電池の二つは、実際には1850年代後半に開発された鉛蓄電池と1900年代初頭に開発されたニッケル–カドミウム電池と呼ばれる二次電池である。,
最初の最も一般的に使用される充電式電池は、鉛蓄電池と呼ばれています。 それらは鉛二酸化鉛（Pb–PbO2）電気化学のカップルに基づいています。 これらのタイプの電池で使用される電解質は、非常に一般的な硫酸である。
第二のタイプの充電式電池は、ニッケル–カドミウム電池と呼ばれています。 それらは、正極としてのニッケルオキシヒドロキシド（酸化ニッケル）およびカドミウム金属ベースの負極に基づいている。 電解質に来ると、水酸化カリウムのアルカリ溶液が使用される。,
ここ数十年で、二つの新しいタイプの充電式電池が登場しました。 それらはニッケル金属水素化物電池およびリチウムイオン電池である。 このうち、リチウムイオン電池はゲームチェンジャーとなり、その高い比エネルギーとエネルギー密度（150Wh/kgと400Wh/L）の数値で商業的に優れたものとなった。,
二次電池には他にもいくつかの種類がありますが、四つの主要なタイプがあります。
- 鉛蓄電池
- ニッケル–カドミウム電池
- ニッケル–金属水素化物電池
- リチウムイオン電池
これらの電池の種類について個別に簡単に見てみましょう。
鉛蓄電池
鉛蓄電池は、はるかに最も人気があり、最も使用されている充電式電池です。 彼らは一世紀以上にわたって成功した製品でした。, 鉛酸電池は1Ahの容量の小さい密封された細胞から12,000Ahの容量の大きい細胞のような複数の異なった構成で利用できます。
主な用途の一つod鉛蓄電池は、主にSLI電池（始動、照明および点火）として使用されるため、自動車産業において使用されています。
鉛蓄電池の他の用途には、エネルギー貯蔵、非常用電源、電気自動車（ハイブリッド車でも）、通信システム、非常用照明システムなどが含まれる。,鉛蓄電池の幅広い用途は、その広い電圧範囲、異なる形状およびサイズ、低コストおよび比較的容易なメンテナンスの結果である。 他の二次電池の技術と比較されたとき、鉛酸電池はあらゆる適用のための最少の高い選択で、非常に良い業績を提供します。
鉛蓄電池の電気効率は75から80%の間にあります。 この効率は、エネルギー貯蔵（無停電電源装置–UPS）および電気自動車に適したそれらを値します。,
ニッケル–カドミウム電池
ニッケル–カドミウム電池または単にNi-Cd電池は、鉛蓄電池とともに今日利用可能な最も古い電池タイプの一つです。 それらは非常に長い生命を過し、非常に信頼でき、丈夫です。
Ni-Cd電池の主な利点の一つは、高い放電速度を受けることができ、広い温度範囲で動作できることです。 また、Ni-Cd電池の貯蔵寿命は非常に長い。, これらの電池のコストは、ワット時の基本あたりの鉛蓄電池よりも高いが、他のタイプのアルカリ電池よりも少ない。先に述べたように、Ｎｉ-Ｃｄ電池は、陰極としてオキシヒドロキシドニッケル（Ｎｉｏｏｈ）を使用し、陽極として金属カドミウム（Ｃｄ）を使用する。 典型的な消費者等級電池は1.2vのオンライン電圧と来ます産業適用では、Ni Cdは低温の性能、平らな排出の電圧、長い生命、低い維持および優秀な信,
残念ながら、Ni-Cd電池には”メモリ効果”と呼ばれる大きな特徴がありますが、これは唯一の欠点です。 Ni-Cdセルが部分的に排出され、その後再充電されると、それらは徐々にすなわちサイクルごとにその容量を失う。 “コンディショニング”は、電池の失われた容量を復元できるプロセスです。
このプロセスでは、セルはゼロボルトまで完全に排出され、次いで完全に再充電される。,
ニッケル–金属水素化物電池
これらは比較的新しいタイプの電池であり、航空宇宙アプリケーション（衛星）で独占的に使用されたニッケル-水素電極電池の拡張バージョンである。 正極はニッケルオキシヒドロキシド（NiOOH）であり、セルの負極は金属合金であり、水素は可逆的に貯蔵される。
充電中、金属合金は水素を吸収して金属水素化物を形成し、放電中に金属水素化物は水素を失う。,
Ni-Cd batterie上のニッケル金属水素化物電池の一つの主な利点は、その高い比エネルギーとエネルギー密度。 密封されたニッケル金属の水素化物電池は小さい円柱細胞として商業的に利用でき、携帯用電子工学で使用されます。
リチウムイオン電池
ここ数十年のリチウムイオン電池の出現は非常に驚異的でした。 消費者市場の50％以上がリチウムイオン電池の使用を採用しています。 特に、ラップトップ、携帯電話、カメラ、等。 リチウムイオン電池の最も大きい適用はあります。,
リチウムイオン電池は、エネルギー密度が著しく高く、比エネルギーが高く、サイクル寿命が長い。 リチウムイオン電池の他の主な利点は、自己放電率が遅く、動作温度が広いことです。
バッテリアプリケーション
ここ数十年で、民生用途における小型密封電池の使用は指数関数的であった。 小さなフォームファクタの一次または充電式電池は、膨大な数の家電製品で使用されています。 そのうちのいくつかを以下に挙げる。,
- ポータブル電子デバイス：時計、カメラ、携帯電話、ラップトップ、ビデオカメラ、電卓、試験装置（マルチメータ）。
- エンターテイメント：ラジオ、MP3プレーヤー、CDプレーヤー、すべての赤外線リモコン、おもちゃ、ゲーム、キーボード。
- 家庭：時計、アラーム、煙探知機、フラッシュライト、UPS、非常灯、歯ブラシ、ヘアトリマーやシェーバー、血圧モニター、補聴器、ペースメーカー、ポータブル電動工具（ドリル、スクリュードラli>
どのようにバッテリーを選択するには？,
アプリケーションのバッテリーを選択すると、パフォーマンスとコストの二つの特性にダイヤルすることができます。 しかし、もう少し深く掘り下げると、アプリケーションに適したバッテリーを選択する際の要因は次のとおりです。p>
- プライマリまたはセカンダリ
- エネルギーまたは電力
- 貯蔵寿命
- エネルギー効率と充電速度
- バッテリ寿命
- バッテリ温度
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