機械科目の解説

電池の種類一覧|一次電池・二次電池・燃料電池の違いと特徴を比較表で図解

電池の種類を表すアイキャッチ。乾電池、コイン電池、自動車のバッテリー、スマホの電池、燃料電池、太陽電池

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お悩み
こんなふうに思っていませんか?
  • 電池の種類が多すぎて、何がどう違うのか整理できない
  • 一次電池・二次電池・燃料電池の違いをひと言で言えない
  • 電験三種の正誤問題で、電解液や温度を入れかえたひっかけに迷う
この記事でわかること
  • 電池の種類の全体像(化学電池と物理電池)
  • 一次電池・二次電池・燃料電池それぞれの電圧・電解液・用途
  • 電験三種で狙われるひっかけポイント
  • 必要な本数と使える時間の計算ツール
結論|まず30秒でわかる答え

電池の種類は、大きく「化学電池」と「物理電池」に分かれます。化学電池には、使い切りの一次電池(マンガン・アルカリ乾電池、リチウム電池など)、充電してくり返し使える二次電池(鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、NAS電池など)、燃料を外から補給して発電する燃料電池があります。物理電池の代表は、光を電気に変える太陽電池です。

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電池の種類の全体像|化学電池と物理電池

電池は「何から電気をつくるか」で2つ、化学電池は「使い終わったらどうするか」でさらに3つに分かれます。

分類しくみたとえ例
一次電池化学反応が一方通行。使い切り使い捨てカイロマンガン・アルカリ乾電池、ボタン電池
二次電池(蓄電池)反応を逆に戻せる。充電してくり返し使う充電式カイロ鉛蓄電池、リチウムイオン電池
燃料電池水素などの燃料を外から補給して発電し続けるガスストーブエネファーム、燃料電池自動車
物理電池化学反応を使わず、光や熱を直接電気に変える光で回る水車太陽電池

燃料電池は、名前に「電池」とつきますが、ためた電気を出すのではなく、燃料がある限り発電する「発電装置」です。一次電池でも二次電池でもない、第3のグループとして覚えます。化学電池が電気を出す仕組み(化学反応)は、別の記事でくわしく解説しています。

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電池はなぜ電気を出せる?化学反応の仕組み

電池の種類の全体像の図。電池は化学電池と物理電池に分かれ、化学電池は使い切りの一次電池、充電してくり返す二次電池、燃料を補給して発電する燃料電池。物理電池の代表は太陽電池

一次電池の種類|使い切りの電池

電池電圧特徴主な用途
マンガン乾電池1.5V安い。休ませると少し回復。電解液は塩化亜鉛リモコン、時計
アルカリ乾電池1.5V大きな電流に強く長持ち。電解液は水酸化カリウムおもちゃ、懐中電灯
リチウム電池(一次)3V電圧が高く、長期保存に強い。充電は不可コイン形(CR2032など)、カメラ、メーター
酸化銀電池1.55V電圧が最後まで安定腕時計(SR形のボタン電池)
空気亜鉛電池1.4V空気中の酸素を使うので小さくて大容量。シールをはがすと使い始め補聴器(PR形)

マンガンとアルカリは同じ1.5Vですが、電解液がちがいます。「アルカリ」の名前は、電解液がアルカリ性の水酸化カリウムだからです。一次電池は充電できないので、充電器に入れると液もれや破裂のおそれがあります。

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一次電池の種類の図。マンガン・アルカリ乾電池は1.5V、リチウム電池は3V、酸化銀電池は1.55Vで腕時計、空気亜鉛電池は1.4Vで補聴器

二次電池の種類|充電してくり返し使える電池

電池電圧/セル正極・負極電解液(質)主な用途
鉛蓄電池2.0VPbO₂・Pb希硫酸自動車のバッテリー、UPS、非常用電源
ニッケル水素電池1.2VNiOOH・水素吸蔵合金水酸化カリウム水溶液充電式の単3電池、ハイブリッド車
ニカド電池1.2VNiOOH・Cd水酸化カリウム水溶液電動工具(今はニッケル水素などに置きかわりつつある)
リチウムイオン電池3.6〜3.7Vリチウム金属酸化物・炭素有機溶媒(水を使わない)スマホ、ノートPC、電気自動車
NAS電池約2V硫黄・ナトリウム(どちらも溶けた液体)βアルミナ(固体)電力系統の大型蓄電(約300℃で運転)

鉛蓄電池|放電すると電解液が薄くなる

放電すると、正極の二酸化鉛も負極の鉛も、どちらも硫酸鉛(PbSO₄)に変わり、硫酸が使われて水ができます(Pb+PbO₂+2H₂SO₄ ⇄ 2PbSO₄+2H₂O)。そのため放電すると電解液の比重が下がり、充電すると元に戻ります。安くて大きな電流を出せますが、重く、放電したまま放っておくと劣化します。

リチウムイオン電池|イオンが行き来するだけ

卓球のボールのように、リチウムイオンが正極と負極のあいだを行ったり来たりして充放電します。極板そのものが大きく変化しないので長持ちし、電圧が高く軽いのが強みです。一方で、過充電・過放電や高温に弱く、保護回路が欠かせません。電解液に水を使わない「非水系」です。

NAS電池|電極が液体、電解質が固体

ナトリウム(Na)と硫黄(S)を約300℃で溶かした状態で使う、大型の電力貯蔵用電池です。ふつうの電池とは逆に、電極が液体で、電解質が固体(βアルミナ)です。夜にためて昼に使う「負荷平準化」に使われます。

二次電池の種類の図。鉛蓄電池は2.0Vで希硫酸、ニッケル水素は1.2Vで水酸化カリウム、リチウムイオンは3.6〜3.7Vで有機溶媒、NAS電池は約2Vで固体電解質を約300℃で使う

燃料電池と太陽電池

燃料電池|水の電気分解の逆

水素と酸素を反応させて、電気と水をつくります(2H₂+O₂→2H₂O)。燃やして熱にするのではなく、化学エネルギーを直接電気に変えるので、熱機関の効率の限界(カルノー効率)の制約を受けません。電解質の種類で4つに分かれ、運転温度がちがいます。

種類電解質運転温度主な用途
固体高分子形(PEFC)イオン交換膜約70〜90℃家庭用(エネファーム)、燃料電池自動車
りん酸形(PAFC)りん酸約200℃ビル・病院などの業務用
溶融炭酸塩形(MCFC)溶融炭酸塩約650℃大規模発電
固体酸化物形(SOFC)安定化ジルコニア(セラミック)約700〜1,000℃家庭用・業務用・発電。効率が高い

温度の低い順は「P→P→M→S」(PEFC→PAFC→MCFC→SOFC)。温度が低いほど家庭や車向け、高いほど大規模発電向けと覚えると、用途もつながります。

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太陽電池|光を直接電気に変える物理電池

半導体に光が当たると電子が動き出し、電気が生まれます(光起電力効果)。化学反応を使わないので、物理電池に分けられます。電気をためる働きはないので、夜も使うには二次電池と組み合わせます。

燃料電池の4種類の図。水素と酸素から水と電気をつくる。運転温度の低い順にPEFC約80℃、PAFC約200℃、MCFC約650℃、SOFC約700〜1,000℃

必要な本数と使える時間の計算ツール

電池の種類と、機器に必要な電圧・消費電流を入れてください。直列に何本(何セル)要るかと、使える時間の目安を出します。

入力すると、その場で計算し直します。容量の目安値は一般的な製品のおおよその値です。入力した数字はどこにも送信されません。

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電池でよくある間違い|電験三種のひっかけ

電験三種の機械科目では、電池は正誤問題で出ることが多く、電解液・温度・用途を入れかえたひっかけが定番です。

よくある間違い正しくは
燃料電池は二次電池の一種燃料を補給して発電する別のグループ
鉛蓄電池は放電すると比重が上がる硫酸が使われて水ができるので、比重は下がる
リチウムイオン電池の電解液は水酸化カリウム有機溶媒(非水系)。KOHはニッケル水素電池
NAS電池は常温で、電解質は液体約300℃で運転し、電解質は固体(βアルミナ)
PEFCは高温で動く約70〜90℃の低温。高温はSOFC
燃料電池もカルノー効率の制約を受ける熱機関ではないので受けない
電解液の4つの整理

鉛蓄電池 → 希硫酸(酸性)/ニッケル水素電池 → 水酸化カリウム(アルカリ性)/リチウムイオン電池 → 有機溶媒(水を使わない)/NAS電池 → βアルミナ(固体)。4つとも全部ちがうので、セットで覚えます。

電池のよくある間違いの図。燃料電池は二次電池ではない、鉛蓄電池は放電で比重が下がる、リチウムイオン電池の電解液は有機溶媒、NAS電池は約300℃で固体電解質

よくある質問

Q. 電池の種類にはどんなものがある?

A. 化学電池(一次電池・二次電池・燃料電池)と、太陽電池などの物理電池に分かれます。

Q. 一次電池と二次電池の違いは?

A. 一次電池は使い切りで充電できません。二次電池は化学反応を逆に戻せるので、充電してくり返し使えます。

Q. 燃料電池は電池なの?

A. 名前は電池ですが、水素などの燃料を補給して発電する装置です。一次・二次とは別のグループです。

Q. 電圧がいちばん高い電池は?

A. よく使う電池では、リチウムイオン電池の約3.6〜3.7V/セルが高く、乾電池1.5Vの2倍以上あります。

Q. 電験三種で電池はどこが出る?

A. 機械科目の正誤問題で、鉛蓄電池の比重、電解液の種類、NAS電池の温度、燃料電池の温度がよく狙われます。

まとめ
  • 電池は化学電池(一次・二次・燃料)と物理電池(太陽電池)
  • 一次=使い切り(乾電池1.5V、リチウム3V)
  • 二次=充電式(鉛2.0V、ニッケル水素1.2V、リチウムイオン3.6〜3.7V、NAS)
  • 燃料電池は温度の低い順にPEFC→PAFC→MCFC→SOFC
  • 電解液は鉛=希硫酸、ニッケル水素=KOH、リチウムイオン=有機溶媒、NAS=固体
電池の種類のまとめの図。一次電池は使い切り、二次電池は充電してくり返す、燃料電池は燃料で発電、太陽電池は光を電気に変える
この記事の理解を深める本と道具
おすすめの本

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おすすめの本

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S
シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーでパワエレ設計・品質保証 実務10年

メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

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