サルフェーションと充電・放電メカニズム

ECO system for the lead-acid battery
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■バッテリー内部の充電・放電メカニズム

サルフェーション(硫酸鉛、PbSO4)の生成


鉛バッテリーは放電時、電極板の表面にサルフェーション(非伝導性結晶皮膜)が発生します。

この時のサルフェーションはとても柔らかい物質です。

この時点で、すみやかにバッテリーを充電することで、サルフェーションは電解液に溶け込みます。

理論上はこのサイクルが永続的に繰り返されるはずです。

しかし、
バッテリーが長期間放置されたり(自己放電状態)、長期間充電と放電を繰り返していくと、結晶化したサルフェーションが硬質化し、充電しても電解液に戻らなくなっていきます。



このサルフェーション(右写真)が電極板の表面に増殖していくと、以下の理由によりバッテリーは寿命と判断されて廃棄されます。
結晶化した「サルフェーション」
 1. 電気の流れが悪くなる ・・・ 内部抵抗増大
 
2. 充電しにくくなる ・・・ 充電効率低下
 
3. 蓄電量が減る ・・・ 蓄電能力低下
 
4. 放電しにくくなる ・・・ 放電パワー低下

これは鉛バッテリー誕生以来の宿命でもありました。



鉛バッテリーの化学変化のしくみ・・・放電時

正極反応: PbO2 + 4H+ + SO4- - + 2e- 放電→
←充電
PbSO4 + 2H2O
負極反応: Pb + SO4- - 放電→
←充電
PbSO4 + 2e-
※放電中、電極にサルフェーションが生成される


鉛バッテリーの化学変化のしくみ・・・充電時
※充電中に、サルフェーションが電解液に戻る




■鉛バッテリー内部の化学変化

正極板 電解液 負極板 放電 正極板 電解液 負極板
PbO2 2H2SO4 Pb
PbSO4 2H2O PbSO4
二酸化鉛 希硫酸 充電 硫酸鉛 硫酸鉛
※月日と共に結晶化したサルフェーションが硬質化し、充電しても電解液に
戻らなくなる。
→ これが原因で多くの鉛バッテリーは寿命と判断されます。

※使用頻度が少ないエンジン車両、電動車両の場合、車両の暗電流や自己放電も手伝ってバッテリーの電圧は徐々に低下していきます。それと同時にサルフェーションの影響を受けやすくなります。

このように高性能鉛バッテリーであっても、バッテリー寿命は使用環境に左右される傾向があります。




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