ポータブル電源

ポータブル電源の「バッテリー」-充電/放電の仕組み、リチウムイオン電池の種類・特徴-

ポータブル電源のバッテリー
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みなさんこんにちは ! ありーなです

ありーな

「ポータブル電源はどうやって充・放電しているの?」「搭載している電池の種類と特徴は?」「リン酸鉄と三元系それぞれの強み・弱みは?」

そんな疑問にお答えします

記事内にある写真をクリックすると、拡大して見ることができます

ポータブル電源は二次電池

リチウムイオン電池が内蔵されているポータブル電源は、繰り返し充電して使えます

一般的な乾電池のように使い捨てのバッテリーを「一次電池」と言いますが、繰り返し何度も使えるバッテリーのことを「二次電池」と言います。

リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、軽くて長寿命なのが特徴で、電気自動車やノートパソコン、スマートフォン、ポータブル電源などで使われています。

ありーな

二次電池は内部で化学反応を起こすことで電気を発生させますが、その化学反応を逆転させて行うことで「充電」と「放電」を繰り返します。その仕組みを見てみましょう

リチウムイオン電池の充電・放電の仕組み

1) ポータブル電源(リチウムイオン電池)充電の仕組み

リチウムイオン電池は+電極(正極)と-電極(負極)があり、その間は液体の電解液で満たされています。

充電器から電流が流されると+電極(正極)側に溜まっていたリチウムイオンが酸化され、放出された電子が-電極(負極)側に移動します。

正極と負極の間に電位差が生じて電池が充電される仕組みです。

2) ポータブル電源(リチウムイオン電池)放電の仕組み

放電のときは充電時に起きたのと逆の流れが起こります。

負荷(モーターなど)に電流が流れると、-電極(負極)側に溜まっていたリチウムイオンがイオン化され、放出された電子が+電極(正極)側に移動します。

-電極(負極)側に溜められていたリチウムイオンが+電極(正極)側に移動することで電流が生まれ電気が作られます。

リチウムイオン電池の種類と特徴

リチウムイオン電池は+電極(正極)にリチウムを含ませた金属化合物を使用し、-電極(負極)にはそのリチウムを溜めて置けるカーボンを使用します。

+電極(正極)に使う金属化合物の違いにより、リチウムイオン電池はいくつかの種類に分けられます。

現在のポータブル電源の主流は「リン酸鉄系」のリチウムイオン電池で、「三元系(コバルト、ニッケル、マンガン)」リチウムイオン電池を搭載した機種もあります。

ありーな

ポータブル電源で使われる「リン酸鉄リチウムイオン電池」と「三元系リチウムイオン電池」を比べながら、それぞれの強みと弱みを見ていきます

リン酸鉄リチウムイオン電池の強み・弱み

「リン酸鉄リチウムイオン電池」は「三元系リチウムイオン電池」と比べ、安全性の高さ、長寿命、自然放電のしづらさなどで優れています

重量や価格に多少の弱点がありますが、安全性が高く長く使えるポータブル電源が欲しい人に「リン酸鉄リチウムイオン電池」搭載機種がおすすめです。

安全性が向上し寿命が延びたことにより、屋内や車中でも使いやすくなりました。

日常生活の中で使う「普段使い」もできるようになり、ポータブル電源の幅が広がりました。

三元系リチウムイオン電池の強み・弱み

「三元系リチウムイオン電池」は「リン酸鉄リチウムイオン電池」と比べ、エネルギー密度が大きく、軽くて持ち運びが便利(扱いやすさ)に優れています

安全性の高さ、長寿命、自然放電のしづらさなどでは「リン酸鉄リチウムイオン電池」に劣りますが、持ち運びがしやすく扱いやすいポータブル電源が欲しい人には「三元系リチウムイオン電池」搭載機種がおすすめです。

軽くて持ち運びが便利なため、家族みんなでポータブル電源を使いたい場合などに適しています

ポータブル電源(リチウムイオン電池)の安全性

リチウムイオン電池は一度発火し火事になってしてしまうと消火するのが難しいため、安全性は何より重視したいところです。

リチウムイオン電池の安全性では「リン酸鉄系」が優れており、「三元系」より安全性が高いのは確かです。

「三元系」の熱分解温度※が約220℃なのに対し「リン酸鉄系」は約600℃と、数字上はかなりの差がみられます。

とはいえ「三元系リチウムイオン電池」搭載機種を発売しているメーカーは、バッテリー自体の弱点をその他の安全対策で補うような商品を出しています。

バッテリーマネジメントシステム(BMS)や躯体・素材の改良、製品テストの徹底など、ポータブル電源の安全性を高める努力は続いています。

ありーな

三元系リチウムイオン電池搭載機種の持つ「軽くて扱いやすい」と言う特徴は、「安全性」と同じようにポータブル電源に求められる大切なポイントです。安全性の高い「リン酸鉄」を使い軽さを求めていくか、軽くて使いやすい「三元系」を使い安全性を高めていくか。製品開発ポリシーの違いにより、各社のアプローチの仕方が異なっているようです

【※熱分解温度とは】

熱分解温度とは物質を加熱したときに、化学反応により分解が始まる温度のこと。三元系リチウムイオン電池が約200℃で分解し始めるのに対しリン酸鉄リチウムイオン電池は約700℃なので、約3.5倍安全性が高いとも言えます

固体電池のポータブル電源

安全性の高いポータブル電源として期待されているのが「固体電池」搭載のポータブル電源です。

液体の電解液が使われていたこれまでのリチウムイオン電池と違い、ゲル状の電解質を使った「半固体リチウムイオン電池」や固体電解質を使った「固体リチウムイオン電池」は熱や温度変化に強く安定した性能を発揮します。

安全性だけでなく急速充電や長寿命、小型軽量化などでも強みのあるバッテリーなので、固体電池搭載ポータブル電源が今後増えることに期待です。

まとめ

今回の記事では「ポータブル電源の充電・放電の仕組み」「リチウムイオン電池の種類と特徴」などについて紹介しました。

ポータブル電源は採用しているバッテリーの種類により性能が違ってきます。

バッテリー自体が安全性が高く長寿命な「リン酸鉄リチウムイオン電池」や、軽量でエネルギー密度の高い「三元系リチウムイオン電池」など、ポータブル電源メーカー各社は製品開発ポリシーの違いでバッテリーを使い分けています。

バッテリーの特徴の違いに着目しポータブル電源を見ていくと、その商品が持つ特徴やポリシーが見えてきます。

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あり~な
迫りくるリスクから大切なものを守るため、役立つのはポータブル電源と備蓄(食料・日用品など)です。備えておけば「安心感」や「心の余裕」が生まれ、まさかのときでも落ち着いて行動することができます。このブログでは今から備えておきたいポータブル電源と備蓄の情報・アイデアを紹介しています。詳しくは「プロフィール」をご覧ください