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最近よく耳にする注目の新技術、今後さまざまな製品に搭載される進化系の技術、その仕組みと最新の応用事例を紹介する。

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金子浩美 株式会社 FIS

大容量化、小型化でモバイル機器の使い勝手を向上

1799 年に電池の基本原理が解明された。
さらに翌 1800 年には、ボルタ電池（図 1）

乾電池／充電池と呼ばれる、正極材料を銅、負極材料を亜鉛、電解液を希硫酸とする電池が発明された。この後、ボルタ電池は、改良を加えられてダニエル電池、ルクランシェ電池と発展するが、いずれも電解液を液体のまま使用する湿電池であったために使い勝手が悪かった。この使い勝手を大きく改善した乾電池を発明したのがドイツのガスナーで、1886 年のことであった。また、同時期に日本の屋井によっても乾電池が発明され、屋井の乾電池は、日清戦争で通信機の電源として活用された。
電池は、湿電池や乾電池のような化学電池のほか、太陽光によって発電する太陽電池などの物理電池、酵素の活動を利用する微生物電池などの生物電池の 3 種類に分類できる。さらに化学電池は、乾電池など使い切ったら再利用できない一松下電器産業のオキシライド乾電池

次電池、充電して繰り返し使える二次電池、そして実用化に向けて研究が進めらノートパソコンや携帯電話、PDA、デここに模造品の入り込む余地がある。

れている燃料電池に大別することができジタルカメラなど携帯するデジタル機器の電池の歴史は大変古く、1932 年にイラる（図 2）。一次電池、二次電池という呼電源として主役の立場にあるのが、乾電クの首都バグダッドにあるホイヤットラブ

び方は、かつて二次電池（充電池）を充池や充電池である。そして、電池や乾電ヤ遺跡（紀元前 3 世紀後半のものと推定

電する電源に一次電池（乾電池）を使用池を製造するメーカーは、電池容量の拡される）から発見されたバグダッド電池がしていたことに由来する。

大（別な視点で見れば電池の小型化）や最古のものとされている。そして、長い

現在、一般的に使われる乾電池には、充電時間の短縮、繰り返し寿命の延長な時間を隔てた 1780 年、イタリアの生物学マンガン乾電池、アルカリ乾電池がある。

どにしのぎを削り、特に充電池の性能向者ガルバーニによって、切り取ったカエマンガン乾電池は、正極材料に二酸化マ上は著しい。しかし、電池の性能向上がルの足に金属の針金を触れさせると足がンガン、負極材料に亜鉛、電解液に酸化間に合わないほど、電池を使用する機器けいれんすることが発見された。そして、亜鉛などを使用し（図 3）、現在、最もポの消費電力は増え、省電力技術が必須のイタリアの物理学者ボルタによって、足がピュラーな乾電池である。アルカリ乾電ものとなっている。一方、ユーザーにとっけいれんする仕組みが証明され、これを池は、マンガン乾電池の電解液を水酸化ては、費用をかけたくない消耗品であり、基にガルバーニの発見から 19 年後のカリウムに替えたもの（図 4）で、マンガン104 │ INTERNET magazine │ 2006 │ 03 │インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

銅板（正極）亜鉛板（負極）一次電池

ルクランシェ電池

マンガン乾電池［筒形、角形］

アルカリ電池アルカリ乾電池［筒形、角形］
ニッケル系一次電池（オキシライド乾電池）
アルカリボタン電池
酸化銀電池
過酸化銀電池水銀電池

有機電解液電池

二酸化マンガン・リチウム電池［筒形、コイン形］
フッ化黒鉛リチウム電池［筒形、コイン形、ピン形］
酸化銅リチウム電池
ニ酸化鉄リチウム電池

水素電子
希硫酸水溶液塩化チオニル・リチウム電池
二酸化イオウリチウム電池

硫酸イオン
亜鉛イオン

水素イオン

図 1 ボルタ電池の原理

化学電池

二次電池
（充電池）

空気電池

空気亜鉛電池［ボタン形、コイン形、角形］
空気湿電池

リザーブ電池注液式電池、海水電池
溶融塩電池

アルカリ蓄電池

密封型ニッケル・カドミウム電池（ニカド電池）［筒形、角形］
開放型ニッケル・カドミウム蓄電池
ニッケル水素電池［筒形、角形］
ニッケル・亜鉛蓄電池
空気亜鉛蓄電池

鉛酸系電池

鉛蓄電池
小形シール鉛蓄電池

有機電解液電池

リチウムイオン電池［筒形、角形］
金属リチウム二次電池［コイン形］

ポリマー電池リチウムポリマー電池

電力貯蔵用電池

ナトリウム硫黄電池
レドックスフロー電池
亜鉛臭素、亜鉛塩素電池

正極端子
集電体
（炭素棒）

ガスケット
（またはパッキング）

正極（二酸化マンガン）
金属ジャケット
セパレータ
負極（亜鉛）

絶縁チューブ

負極端子

リン酸燃料電池
溶融炭素塩燃料電池
固体電解質燃料電池
高分子電解質燃料電池

燃料電池

物理電池

太陽電池

シリコン太陽電池
化合物太陽電池（Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族）

図 3 マンガン乾電池の基本構造

熱起電力電池原子力電池

外装ラベル（または絶縁チューブ）

酵素電池
微生物電池

生物電池
正極端子

図 2 電池の系統図
負極（亜鉛）

集電体（メッキ処理、シンチュウ棒）

正極（二酸化マンガン）

ガスケット（またはパッキング）
正極端子（ガス排出弁内蔵）
ガス排出弁
正極（ニッケル極）
タブ

セパレータ

ガスケット
（またはパッキング）

絶縁リング

負極端子

ガスケット
（またはパッキング）

封口板
負極タブ

ガス排出弁

セパレータ

正極（ニッケル極）板

負極板

セパレータ

正極タブ

負極（水素吸蔵合金極）板

負極端子

図 4 アルカリ乾電池の基本構造

ソリュ ー ション
ShowCase
負極（ニッケルメッキ・鉄缶）

乾電池よりも大きな出力が必要な場合に向いており、デジタル機器で使用される乾電池は、ほとんどがアルカリ乾電池であると思われる。

正極（アルミ缶）

絶縁チューブ

図 5 ニッケル水素充電池の基本構造

正極板

図 6 リチウムイオン充電池の基本構造性能で使い勝手のよいニッケル水素充電

チウムなど、負極材料にカーボンなど、充電池は、1859 年にフランスのプラン池（図 5）が実用化された。ノートパソコ

電解質に有機電解液を使用している。

テによって発明された鉛蓄電池が最初でンが登場した当初は、ほとんどの機種で高電圧（3.6V）で軽量であるため高いエあり、自動車用としては、いまだに主流ニッケル水素充電池を採用していたが、ネルギー密度であるほか、メモリー効果である。1950 年代には、乾電池と同様の現在ではリチウムイオン充電池に主役のがなく継ぎ足し充電が可能である。

使い勝手を備えた密閉型ニッカド充電池座を明け渡している。リチウムイオン充が実用化され、1990 年代には、さらに高電池（図 6）は、正極材料にコバルト酸リ

出典:『よくわかる最新電池の基本と仕組み』秀和システ
ム刊（図 2）、電池工業会ウェブサイト（図 3 〜 6）

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アルカリ乾電池の登場から 40 年目の技術革新

オキシライド乾電池
松下電器産業株式会社
1964 年にアルカリ乾電池が発売されて 以 来 の 新 し い 高 性 能 乾 電 池 と して 、2004 年に発売された。正極材料にオキシ水酸化ニッケルを新たに採用したほか、新開発の黒鉛と二酸化マンガンを採用するなどにより、電池容量と出力が大きくなり、連続して 1,000mW を出力した場
合、出力電圧が 0.9V に低下するまでの時間が同社のアルカリ乾電池と比較して約 1.5 倍に伸びている。特に大きな電流を必要とする機器に最適で、デジタルカ
メラでは、撮影枚数がアルカリ乾電池だと 144 枚のところ、オキシライド乾電池だと 315 枚と、2 倍を超えている。
http://national.jp/product/conveni/battery/

ソリュ ー ションShow
Case
eneloop（エネループ）
oxyride/lab/

ニッケル水素充電池の放電特性を大幅に改善

三洋電機株式会社
乾電池の代わりに使える充電池として普及しているニッケル水素充電池は、電池容量が大きい、寿命が長い（繰り返し使える）などの特長がある一方、自己放電が大きいため、電池容量が、半年で約 75%、1 年で再充電をしないとほとんど利用できないレベルまで減少してしまう。購入
したら、まずは一度充電してから使い始める必要があり、不利であった。eneloop
では、負極材料の超格子合金の高性能化などにより、自己放電後の電池容量を半年で約 90 ％、1 年で約 85 ％と、乾電池に対抗し得るまで放電を抑えた。また、繰り返し使える回数も、かつての 500 回程度から 1000 回まで向上させている。
http://www.sanyo.co.jp/eneloop/

106 │ INTERNET magazine │ 2006 │ 03 │インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D正極材料にマンガン系を使用してコストダウンを実現

角形リチウムイオン二次電池
NECトーキン株式会社

経済産業省の統計によれば、2004 年の充電池の国内総生産金額の 53 ％、国内総生産個数の 52 ％をリチウムイオン充電池が占めており、金額でも個数でも第 1 位である。リチウムイオン充電池の場合、ニッケル水素充電池とは異なり、汎用品はなく、携帯電話やデジタルカメラなどの、それぞれの機種ごとに専用の充電池が販売されている。NECトーキンの角形リチウムイオン二次電池は、世界で初めて、正極材料にコストの高いコバルト酸リチウムではなく、スピネルマン
ガン酸リチウムを使用し、コストダウンを実現した。また、コバルト酸リチウム
では必要だった過充電防止回路も不要とした。

ソリュ ー ションShow
Caseバッテリー認証ソリューション
http://www.nec-tokin.com/product/me/

模造品の充電池を検知し、事故を防止

NEC エレクトロニクス株式会社
リチウムイオン充電池は、比較的高価なこともあって、純正品以外のものが流通している。しかも、粗悪な模造品による爆発事故や発火事故などが現実に起こっている。模造品を判別するためにホログラムシールの貼付などが行われているが、大きな効果は望めない。模造品による被害をより積極的に防止する手段として挙げられるのが、NEC エレクトロニクスのバッテリー認証ソリューションである。コンサルティングから認証ソフトウェア、認証チップ、機器への組み込みなどトータルなサポートが提供される。特に認証には、独自の暗号 CIPHERUNICORNSS が採用され、複製を困難にしている。
http://www.necel.com/ja/solutions/applications/dsi/

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［インターネットマガジン バックナンバーアーカイブ］ ご利用上の注意この PDF ファイルは、株式会社インプレス R&D（株式会社インプレスから分割）が 1994 年～2006 年まで発行した月刊誌『インターネットマガジン』の誌面を PDF 化し、「インターネットマガジン バックナンバーアーカイブ」として以下のウェブサイト「All-in-One INTERNET magazine 2.0」で公開しているものです。

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