森林総合研究所

平成 20 年版

研究成果選集鉛電池の充電性能が改善できるリグニンを開発
バイオマス化学研究領域 木材化学研究室 久保 智史、池田努、眞柄 謙吾

背景と目的
鉛電池は自動車のバッテリーとして広く使用されています。金属鉛からできている鉛電池のマイナス極板には、木材の成分であるリグニンが添加剤として加えられています。リグニンをマイナス極板に添加すると鉛電池の放電力（エンジン始動力）を高めることができるた
め、私たちは気温の低い冬季でも苦労せずにエンジンを始動させることができます。しかしその反面、リグニンを添加することで電池の充電性能が低下してしまいます。鉛電池のマイナス極板にリグニンを混ぜるだけでなぜこのようなことが起こるのか、残念ながらまだよくわかっていません。
そこで、リグニンが鉛電池の充放電性能にどのように関与しているかを明らかにし、放電力を高める効果を損なうことなく、低下してしまった充電性能を改善できるような化学修飾リグニンを作製することを目的としました。

成 果
鉛電池マイナス極板で起こる化学反応

充電性能を改善できるリグニンの調製

図１に鉛電池の構造と電極板で起こる反応を示しまし

鉛電池の充電性能を改善するためには、マイナス極板た。鉛電池は、マイナス極板の金属鉛が二価の鉛イオンで鉛 (II) イオンが還元されやすい条件をつくる必要があ（鉛 (II) イオン）に酸化される時に放電します。このことります。そのためには、マイナス極板表面で不溶塩としから、マイナス極板の金属鉛が酸化され易い条件下では、 て存在する鉛 (II) イオンを硫酸イオンから引き離すこと鉛蓄電池の放電が起こり易く、逆に鉛 (II) イオンが還元ができ、還元反応を手助けできる添加物を開発する必要され易い条件では、充電に有利であると考えられます。

があります。図３に示すような、鉛 (II) イオンと親和力

実際の鉛電池ではマイナス極板にリグニンが添加されがあり、鉛 (II) イオンの移動を助けることができる添加ていますが、実験室ではバッテリー液中にリグニンを添剤を見つけ出せば、鉛電池の充電性能を改善できるので加し、簡易的にリグニンの添加効果を検証できることがはないでしょうか。そこで、鉛 (II) イオンと親和力を持明らかになっています。この方法で鉛の酸化（放電）還つ様々な有機物を検討したところ、図４に構造を示した

元（充電）反応を調べたところ、図２に示すように、リ1,5- ジアミノアントラキノンの添加が性能改善に有効でグニンの鉛 (II) イオン吸着力と放電性能の間には密接なあることがわかりました。この 1,5- ジアミノアントラキ

関係があり、鉛 (II) イオンをよく吸着するリグニン（表１） ノンを少量添加するだけで、鉛電池の充電性能が無添加があると鉛電池は高い放電力を示すことが分かりました

条件の充電性能に比べて約 35% 向上できることが分か（図２と表１中のリグニンＣ）。放電が起こるとき、マイりました（図４）。現在は、1,5- ジアミノアントラキノン

ナス極板で生じた鉛 (II) イオンはバッテリー液中の硫酸を化学的に導入した化学修飾リグニンを合成し、実電池イオンと結合しマイナスの電極表面で安定な硫酸鉛にな試験を行うことで実用化に向けた検討を進めています。

ります。しかしリグニンを添加すると、鉛 (II) イオンがリグニンと強く結合することで、放電の初期ではより安本研究は（独）新エネルギー産業技術開発機構の研定化されると考えられます。その結果、実際の鉛電池に究助成 ( プロジェクト ID:05A48006d) のもの大阪大おいては図１に示したマイナス電極上での反応が放電側学との共同研究で行われました。また開発した修飾リに進みやすくなり（充電側に進みにくくなり）鉛電池のグニンの詳細に関しては現在公開中の特許（特許公開放電力が高くなると考えています。

2006-172921）をご覧下さい。

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図 1 鉛電池の構造と極板で起こる反応ᅗ㻝䠊㖄㟁ụ䛾ᵓ㐀䛸ᴟᯈ䛷㉳䛣䜛཯ᛂz ᨺ㟁䝢䞊䜽䛜኱䛝䛟䛺䜚㻭
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図２．鉛電極の酸化還元反応に対するリグニンの影響䝥䝷䝇㟁ᴟ࡝ᨺ㟁ࣆ࣮ࢡࢆ኱ࡁࡃࡋࡲࡍᅗ䠎䠊㖄㟁ᴟ䛾㓟໬㑏ඖ཯ᛂ䛻ᑐ䛩䜛䝸䜾䝙䞁䛾ᙳ㡪ᅗ䠎䠊㖄㟁ᴟ䛾㓟໬㑏ඖ཯ᛂ䛻ᑐ䛩䜛䝸䜾䝙䞁䛾ᙳ㡪
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図３．鉛電池マイナス電極上で起こると考えられる反応
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