それぞれの電池の説明

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 マンガン電池


 

特性

マンガン電池は、正極に二酸化マンガン、負極に亜鉛を使用し、電解液にアルカリ性の水酸化カリウムを用いる一次電池である 。 マンガンは、電池の正極材として、天然の電池グレードの鉱石(NMD)、合成化学的または電解二酸化マンガン(CMDおよびEMD)、および硫酸マンガンの形で使用される 。  

メリット

マンガン電池、特にアルカリマンガン電池は、亜鉛炭素電池の改良版であり、より高い負荷電流でより多くのエネルギーを供給できる 。 アルカリ電池は、高いエネルギー密度を有しており、小型ながら多くの電力を蓄えることができる 。また、一般的に安全に使用でき、液漏れのリスクも低い 。 マンガンは比較的安価であるため、マンガンを用いた電池はコスト効率に優れる 。特にリチウムマンガン酸化物(LMO)電池は、急速な充放電が可能であり、高い動作電圧とエネルギー出力を提供する 。

 

デメリット

一部のマンガンを用いた電池、特にLMO電池は、ナノ粒子と集電体間の電気的接続の喪失により、急速な容量低下を示すという欠点がある 。 また、他のリチウムイオン電池と比較してエネルギー密度が低い場合がある 。極端な温度条件下では性能が低下する可能性もある 。 リチウムマンガンスピネル(LMS)電池の場合、過充電はマンガンイオンの溶解を促進し、正極の構造的完全性を損なう可能性がある 。

 

推奨用途とデバイス:

天然の二酸化マンガンは、従来の亜鉛炭素電池などの一次電池に使用される 。合成または電解二酸化マンガンは、一次電池と二次電池の両方に利用される 。 リチウムマンガン酸化物(LMO)電池は、電動工具、医療機器、およびパワートレインに一般的に使用される 。 一次電池であるリチウムマンガンジオキサイド(Li-MnO2)電池は、医療機器、セキュリティアラーム、リモコンなどに用いられる 。 さらに、マンガンは、電気自動車、携帯電子機器、およびグリッドストレージ向けの様々なリチウムイオン電池(NMC、LMS、LiFeMnPO4など)の正極材の成分としても重要な役割を果たしている 。 マンガンは、一次電池と二次電池の両方において重要な材料であるが、一般的な消費者向け充電式単電池として直接的に用いられるケースは、アルカリ電池やニッケル水素電池ほど一般的ではないと考えられる。

 
 

 


 

 

 

 

 アルカリ電池


 

特性

アルカリ電池は、負極に亜鉛、正極に二酸化マンガンを使用し、電解液として水酸化カリウムなどのアルカリ性物質を用いた一次電池である 。一般的に使い捨てであり、充電はできない 。  

メリット

アルカリ電池は、比較的安価であり、初期費用を抑えることができる 。また、幅広い店舗で容易に入手可能であり、利便性が高い 。保管寿命が長く、緊急時の備えや使用頻度の低い機器に適している 。 放電終期まで比較的安定した性能を発揮する 。自己放電率も低い 。安全性が高く、液漏れのリスクも低い 。低消費電力から中程度の消費電力のデバイスに適しており、安定した電力を供給する 。 一部の製品では、有害な重金属を含まない環境に配慮したオプションも存在する 。

 

デメリット

アルカリ電池は使い捨てであり、充電することができないため、長期的に見るとコストが高くなる可能性があり、廃棄物の増加にもつながる 。高消費電力のデバイスでは性能が著しく低下する 。 液漏れのリスクは完全にはなく、漏れた電解液(水酸化カリウム)は腐食性があるため、電子機器を損傷させる可能性がある 。電圧出力は時間とともに低下する傾向がある 。 リチウムイオン電池と比較して、かさばりやすく、重量も重い 。内部抵抗が高いため、電力出力と動作時間の効率が低下する 。リサイクルが困難であるという課題もある 。

 

推奨用途とデバイス:

アルカリ電池は、リモコン 、おもちゃ 、懐中電灯 、時計やタイマー 、携帯ラジオ など、幅広い家庭用機器に用いられている。 デジタルカメラにも使用されることがあるが、高消費電力のためリチウムイオン電池に劣る場合がある 。 その他、ワイヤレスマウスやキーボード 、煙探知機(9V) 、医療機器(血糖値測定器、血圧計など) 、産業用および軍事用アプリケーション(海洋データ収集、追跡デバイスなど) にも使用される。 アルカリ電池は、その手頃な価格と使いやすさから、低消費電力から中程度の消費電力の使い捨て用途において、市場を広く占めている。

 
 

 


 

 

 

 

 ニッケル水素(NiMH)電池


 

特性

ニッケル水素電池は、コストと性能のバランスが取れた二次電池である 。ニッケルカドミウム(NiCd)電池よりも環境に優しく 、数百回から数千回の充電が可能である 。  

メリット

充電が可能であるため、長期的なコスト削減と廃棄物削減に貢献する 。アルカリ電池よりも容量が大きい 。高消費電力のデバイスでも良好に動作する 。 ニッケルカドミウム電池よりもメモリー効果が少ない(完全にないわけではない) 。ニッケルカドミウム電池よりも環境負荷が低い(有害なカドミウムを含まない) 。 保管特性も良好である 。急速充電に対応している 。一部の高度なタイプ(例:Eneloop)では、広い動作温度範囲を持つ 。体積エネルギー密度と重量エネルギー密度が高い 。 サイクル寿命も長く(通常500〜1000回、一部では3000回まで) 、メモリー効果や電圧低下もほとんどない 。環境にも優しく 、低速充電と高速充電の両方に対応している 。 ニッケル水素電池は、持続可能性と高消費電力の充電式用途において、アルカリ電池から大きく進歩している。

 

デメリット

リチウムイオン電池やアルカリ電池と比較して自己放電率が高く、未使用時に充電が早く失われる 。リチウムイオン電池よりも重く、エネルギー密度も低い 。 低温環境下では性能が低下する可能性がある 。初期費用はアルカリ電池よりも高い場合がある 。充電中にニッケルカドミウム電池よりも多くの熱を発生する 。 アルカリ電池やリチウムイオン電池と比較して公称電圧が低い(1.2V) 。過熱を防ぐために制御された充電が必要である 。寿命は3〜5年程度である 。過充電および過放電保護が必要である 。

 

推奨用途とデバイス:

デジタルカメラ 、ワイヤレスゲーミングマウス 、ハイブリッド車(過去には主流) 、携帯電子機器 、医療機器 、電動工具(コードレスドリルなど) 、非常用照明 、単セルアプリケーション 、 懐中電灯 、おもちゃ 、リモコン 、GPSユニット 、MP3プレーヤー 、携帯電話およびスマートフォン(旧モデル) 、ラップトップおよびタブレット(旧モデル) 、携帯ゲーム機 、電動自転車およびスクーター 、 小規模再生可能エネルギー貯蔵システム 、無停電電源装置(UPS) など、幅広い用途に使用されている。ニッケル水素電池は、コストと性能のバランスが取れており、多くの家電製品や一部の産業用途において、 汎用性の高い充電式オプションとなっている。

 
 

 


 

 

 

 

 リチウムイオン電池


 

特性

高いエネルギー密度と長いサイクル寿命で知られている 。自己放電率が低い 。メモリー効果がない 。急速充電に対応している 。放電中に性能低下のない安定した電力出力を提供する 。  

メリット

比較対象の電池の中で最も高いエネルギー密度を持ち、小型軽量ながらより多くのエネルギーを蓄えることができる 。サイクル寿命が長く、ニッケル水素電池よりもはるかに多くの回数充電できる 。 急速充電が可能である 。自己放電率が低い 。メモリー効果がない 。アルカリ電池やニッケル水素電池よりも軽量である 。充電終了まで安定した電圧出力を維持する 。極端な温度条件下でも良好に動作する 。 高い充電効率(>95%)を誇る 。広い動作温度範囲を持つ 。長いライフサイクルにより交換頻度を減らし、環境にも優しい 。通常3.0V以上の高い動作電圧を持つ(貴社製品は内部3.7V) 。 リチウムイオン技術は、充電式電池において最高の性能を提供し、優れたエネルギー密度、寿命、および充電特性を備えている。

 

デメリット

製造コストが高く、最終製品の価格に影響を与える 。安全な動作を維持するために保護回路が必要であり、過熱やまれに発火する可能性がある 。高温に頻繁にさらされると性能の劣化が早まる可能性がある 。 製造に希少金属を使用するため、採掘による生物多様性や地域社会への影響が懸念される 。他のタイプよりも熱暴走のリスクが高い 。不適切な廃棄は有害廃棄物となる 。 ワットあたりのコスト比が高い場合がある 。電圧調整回路なしには、1.5Vのアルカリ電池やニッケル水素電池との直接的な互換性がない 。

 

推奨用途とデバイス:

スマートフォンやラップトップ 、電気自動車(EV)およびハイブリッド車 、ポータブル電源 、デジタルカメラ 、電動工具(コードレスドリルなど) 、医療機器(ペースメーカーなど) 、 グリッドスケールエネルギー貯蔵 、軍事および航空宇宙用途 、EバイクおよびEスクーター 、パーソナルモビリティデバイス(車椅子、スクーター) 、太陽光発電エネルギー貯蔵 、無停電電源装置(UPS) 、 監視および警報システム 、ウェアラブルテクノロジー(スマートウォッチなど) 、タブレット 、ドローン(推測)など、広範な現代の携帯電子機器の主要な電源となっている。 電気自動車や再生可能エネルギー貯蔵の成長にも不可欠である。

 
 

 


 

 

 

 

 各種電池比較表


 

 

バッテリータイプ

マンガン

アルカリ

ニッケル

リチウムイオン

(本製品)

電圧

1.5V - 3.7V

1.5V

1.2V

3.0V - 3.7V+

充電可能

一般的に非対応

非対応

対応

対応

エネルギー密度

(推定Wh/kg)

100-300+

80-130

50-70

100-300+

サイクル寿命

(推定)

約500-3000

約500-1500

自己放電率

(推定%/年)

低 - 中

高 (25-40%)

中 (10-20%)

メリット

高エネルギー密度、熱安定性、コスト効率

低コスト、入手容易、長寿命

充電可能、高容量、メモリー効果が少ない

最高エネルギー密度、長寿命

デメリット

容量低下、エネルギー密度が低い場合あり、温度に敏感

充電不可、高負荷に弱い、液漏れのリスク

自己放電率が高い、リチウムイオンより重い

高コスト、保護回路が必要、熱暴走のリスク

 

 

      
     

 

 

 

 

 

 従来の電池とMarstekリチウム電池の構造比較


 

 マンガン・アルカリ電池は、亜鉛を負極、二酸化マンガンを正極とした一次電池で、化学反応により一度きりの放電を行います。ニッケル水素電池はそれに対して水素吸蔵合金とニッケル酸化物を用いた二次電池で、電解液に水溶性のアルカリ(KOH)を使います。 これに対して、新世帯の単電池であるリチウムイオン電池は、リチウム金属酸化物(正極)と炭素系材料(負極)の間でリチウムイオンが移動する構造を持ち、有機電解液を使用します。内部にはさらにコントローラーによって高度な制御される構造になっております。 これにより、リチウム電池は高エネルギー密度・軽量・安定出力が可能となっています。

 
 
      
     

 

 

 

 

 

 単電池形状における充電式リチウムイオン技術の利点


 

 リチウムイオン電池の核となる利点、すなわち高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、低い自己放電率になります。これらの特性により、従来の単電池と比較して、より長時間の使用、頻繁な交換の必要性の低減、および保管時のエネルギー損失の最小化を実現します。 従来の使い捨て電池をより使うユーザー様のほうが、Marstek社の電池を繰り返し使用することで、長期的なコスト削減と環境負荷の軽減に貢献できます。 多くのデバイスにおいてアルカリ電池やニッケル水素電池の直接的な代替品となり、既存の機器をそのまま使用しながら、より優れた性能を享受できる。 最新かつ普遍的な充電規格であるUSB-C充電に対応しており、これにより、専用の充電器を探す必要がなくなり、スマートフォンやラップトップの充電器など、手持ちのUSB-C電源を利用して容易に充電できます。

 
 
      
     

 

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