乾電池

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乾電池。左から、単2・単3・単4・単5・9V形

乾電池（かんでんち）は、電解液を固体に染み込ませて担持させ、扱い易くした一次電池である。

[編集] 概要

一次電池は、乾電池と、電解液を液状のまま使う湿電池に分けられるが、現在の一次電池はほぼ全て乾電池である。

文字通りには、一次電池以外の化学電池である二次電池や燃料電池も、湿電池と乾電池に分けられるが、これらの用語は一次電池に限って使う。二次電池では、それぞれに当たるものを開放型・密閉型と言う。

乾電池は、1887年（明治20年）日本の屋井先蔵（やいさきぞう）によって、寒冷地でも使用可能な電池として発明された。その後、改良と規格化を経て現在の円筒形となった。

乾電池は基本的に充電ができず、放電後に機器を動かすには電池の交換が必要なため、寸法・電圧などが国際電気標準会議のIEC 60086（日本ではJIS C 8500）で規格化されている。日本で実際に「乾電池」として売られるものはその内、通称単1形 - 単5形・9V形などと呼ばれる一部である。それ以外は、小型のものは「ボタン型電池」、それ以外は「リチウム電池」のように電池系で呼ばれる。以下では、この狭義の「乾電池」について主に述べる。

金属製の外殻を持つ物が大多数であることから、「缶電池」と誤表記されることもある。

[編集] 規格

いくつかの形状・電圧などが規格化されていて、高い互換性がある。形の小さい電池にスペーサーを装着して形の大きい電池として使用できる場合もある。

単1形
単2形
単3形

単4形
単6形
9V形

以下は、アルカリ乾電池の容量の目安。

単一、12500～17000mAh
単二、5700～7700mAh
単三、2000～2700mAh
単四、850～1300mAh
単五、650～900mAh

[編集] 代表的な規格

	サイズ / mm		通称		IEC 60086 / JIS 8500
	直径	高さ	日本	アメリカ	マンガン乾電池				アルカリ乾電池	ニッケル乾電池	リチウム乾電池
						高容量	高出力	超高性能	アルカリ乾電池	ニッケル乾電池	リチウム乾電池
					※	青 ※	赤	黒	金
円筒型単電池	32.2 - 34.2	59.5 - 61.5	単1形	D	R20S	R20C	R20P	R20PU	LR20
	24.7 - 26.2	48.5 - 50.0	単2形	C	R14S	R14C	R14P	R14PU	LR14
	13.5 - 14.5	49.0 - 50.5	単3形	AA	R6S	R6C	R6P	R6PU	LR6	ZR6	FR6
	9.5 - 10.5	42.5 - 44.5	単4形	AAA				R03	LR03	ZR03	FR03
	10.7 - 12.0	28.0 - 30.2	単5形	N				R1	LR1
	7.7 - 8.3	41.5 - 42.5	単6形	AAAA					LR8D425
	17.0	34.5									CR123A
平形 6層電池	15.5 - 17.5 × 24.5 - 26.5	46.5 - 48.5	9V形 006P型	9V				6F22	6LR61 6LF22

※は、日本では2009年現在、OEM専用品を除き、一般流通向けには製造されていない。
単6型は規格外である。

円筒型には他に、ドアチャイムなどに使われる、単5形と同じ形状で12ボルトの「23A」がある。

平型には他に、マンガン電池を内部で並列に繋いだ「平3型」(1.5V)、直列に繋いだ「平5型」(3V) などの大容量大型乾電池が通信用などに用いられる。「0210」(315V)、「0160W」（210V×2組）といった高電圧の小型積層電池がエレクトロニックフラッシュ用に用いられる。ただしこれらの使用は稀になりつつある。

[編集] 規格名の意味

詳細は「IEC 60086」を参照

IEC 60086とJIS C 8500の規格名称の意味を述べる。

積層電池（内部で複数の電池が直列につながれている電池）は、最初に内部の電池の数を表す（例 6F22）。単電池では何も付かない。
アルファベットの1文字目は、以下の電池系を表す。数字は公称電圧。

なし

マンガン乾電池 (1.50V)

F

酸化鉄・リチウム電池（リチウム乾電池）(1.50V)

L

アルカリ乾電池 (1.40V)

Z

ニッケル系一次電池（オキシライド乾電池）(1.50V)
その次のアルファベットは、形状を表す。

R

円形（円筒形、ボタン形、コイン形）

F

角形、平形
その次の数字の列は、寸法を表す。「乾電池」の場合、直径順になっている（「単○形」の数字は容量順なので順序が一致しない）。R1（単5形）より細い電池は数字が足りなくなったため、R03などとなっている。
単1形 - 単3形マンガン電池に限り、その次のアルファベットでグレードを表す。
- S - 標準 (standard)
- C - 高容量 (high capacity)
- P - 高出力 (high power)
- PU - 超高性能 ※JISのみ

[編集] 構造による種類

内部構造には、次のような種類がある。

マンガン乾電池
アルカリマンガン乾電池（通称・アルカリ乾電池）
ニッケル系一次電池（ニッケル乾電池、ニッケルマンガン乾電池）
オキシライド乾電池
酸化鉄・リチウム電池（リチウム乾電池）
ニッケル・カドミウム電池（ニッカド乾電池）

電池の容量はAh（アンペアアワー）で表される。例えば500mAhの容量の電池は500mAの電流を1時間、100mAの電流なら5時間流せる。しかし、実際の電池寿命は「小電流で使う場合と大電流で使う場合では異なる」「休ませながら間欠的に使うと長く持つ」「周囲の温度の影響を受ける」ことが知られている。また製品によるばらつきも大きい。目安として

単3アルカリ : 2000～2700mAh
単3ニッケル水素 : 1000 - 2700mAh
単3ニッカド : 500 - 1000mAh
単3マンガン（黒） : 1000mAh
単3マンガン（赤） : 700mAh

上記より、それぞれの特徴がうかがえる。

マンガン電池の容量は（黒）が（赤）の約1.4倍
アルカリ電池の容量はマンガン電池（黒）の約2～3倍
ニッカド電池は容量が少ない
ニッケル水素電池は近年の開発で高容量を実現

円筒型乾電池の場合、構造別では、次のような用途との組み合わせが適しているといわれている。

マンガン乾電池 - 使用により徐々に電圧が低下するが、電流を止めると一時的に起電力が回復する。そのため、時計（置時計、掛時計）のように小電流で連続動作させるもの、ドアチャイムなどのように間欠的な動作を行うものに適する。
アルカリ乾電池 - マンガン電池に比して長時間安定した電圧を維持するが、寿命を迎えると急激に起電力を失う。デジタルカメラ、エレクトロニックフラッシュ、携帯テレビ、携帯オーディオ機器（ポータブルMD、MP3プレーヤ）、電動玩具（電池で動く車、電車、動物）、懐中電灯など大電流で連続動作させるものや電圧が降下すると機能に影響したり動かなくなったりする機器に適する。
オキシライド乾電池 - デジタルカメラ、携帯テレビ、携帯オーディオ機器など大電流で連続動作させるもの。初期電圧が1.7Vくらいあり、一般の乾電池よりも電圧が高いので、特に消費電流の大きいデジタルカメラに使用すると、アルカリ乾電池より使用時間が長くなるといわれている。一方で懐中電灯などに使用すると高電圧で機器を損傷する恐れがある。
ニッカド電池 - 容量は大きくないが大電流を取り出せ、消費電力の比較的大きな機器に適している。
ニッケル水素電池 - 容量、電流とも比較的大きいが過放電のまま放置すると劣化する上、少しだけ使っての充電を繰り返すと電気容量が少なくなっていく「メモリー効果」も起こす。
リチウムイオン電池 - 小型で大容量（ニッケル水素電池の約2倍）であり、メモリー効果が無くしかも自己放電が少ないという特徴を持つ。

ボタン電池など乾電池形でないものには以下のような種類がある。

酸化銀電池 - 1.55V。主に写真機などの露出計や薄型電卓の電源など
水銀電池 - 主に写真機などの露出計の電源など。古い写真機に多く使われていたが、環境問題から生産中止必要な機器向けに代用スペーサーが作られている
二酸化マンガンリチウム電池（リチウム電池） - 3.0V。メモリの起動用電源、釣り用の浮き、フィルムカメラのデート機能、携帯ゲーム機など
フッ化黒鉛リチウム電池 (3.0V)
酸化銅リチウム電池 (1.55V)
アルカリ電池 (1.5V)
空気亜鉛電池 (1.4V)
ヴォルタ電池など

[編集] 円筒型乾電池の主な用途

懐中電灯や乾電池で動作するおもちゃのような消費電流の大きいものには単1形が多く使われ、ラジオなどの小型の電子機器には単3形や単4形が広く使われる。また、単4形の電池容量は単3形の約半分となる。

一次電池のため、基本的には使い捨てであり（アルカリ電池用の充電器が売られているが、安全性は保障されていない。充電は水素の発生により爆発や強アルカリの電解液の液漏の可能性があり危険である）、使用頻度の高い場合には充電して何度も使用できるニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池などの、同サイズ・同電圧の二次電池を利用した方が経済的である。

充電式電池の寿命は容量が半分になるまでの充放電回数で表示される。つまり「500回」とは500回充放電を繰り返すと容量が約半分になることを示す。しかしニッカド電池以外は過充電や過放電のまま長時間放置すると著しく劣化することがある。充電器にセットしたまま放置しないようにする、使わなくてもたまには充電する等注意する。

アルカリ乾電池とマンガン乾電池の特徴の違いによる使い分けは浸透せず、また製造企業の宣伝戦略もあって「アルカリ乾電池は、マンガン乾電池より価格が高いが強い（長持ちする）」という認識が広まった（それ自体は虚偽ではない）。その後アルカリ乾電池が安くなってマンガン乾電池との価格差が少なくなると、アルカリ乾電池のみを扱いマンガン乾電池を置かない店も増えた。一方で、100円ショップなどではアルカリ乾電池とマンガン乾電池に約2倍の価格差（100円あたりの本数差）があり、きちんと使い分けた方が経済的な場合もある。

[編集] 使用上の注意

[編集] 液漏れ

液漏れは、主に過放電によって起こる。過放電は、機器を作動させることができない電圧のまま乾電池を機器の中に放置した状態により起こる。これにより、乾電池内に水素が急速に発生し、内圧上昇による破裂を防ぐため、安全弁が開く構造になっている。このとき水素と一緒に内液が一緒に放出され、液漏れとなり、機器を汚損する。度重なる改良によって、頻度は減ったが、基本的にはどの電池でも起こりうる。日本では、異種電池の混用（マンガン乾電池とアルカリ乾電池を同一機器（回路）内に入れる）によって、先に寿命を迎えたマンガン電池が過放電ないし充電状態に置かれて引き起こされる事も多い。マンガン電池が相応とされる機器（時計など）にアルカリ電池を入れることによって起きやすくなるともされるが、メーカーではマンガン電池とアルカリ電池は基本的に互換であるとしており、これ自体が原因で起こる液漏れは殆どない。しかし、アルカリ電池は、その長寿命の為に時に忘れられ、過放電状態にされ易い。何らかの理由で一旦液漏れが発生すると、アルカリ電池の場合は電解液が水酸化ナトリウム等の強アルカリのため、電極や機器内部を容易に腐食する。また目に入ると失明する恐れもあるので、例えば子供用のおもちゃでは注意が必要である。マンガン電池の場合は、電解液が液性が中性に近い塩化アンモニウムや塩化亜鉛なので、アルカリ電池よりは安全と言われている。

一時期、大手メーカー製乾電池では、製造後の一定期間内に通常の使用方法で液漏れを起こし、機器が使用不能になった場合に修理費などの補償を謳っていたことがあったが、現在は一般的でない。1970年代以降、マンガン乾電池の電解液が塩化アンモニウムから塩化亜鉛に切り替えられたことと関連があるように見える。現在、類似の制度は酸化銀電池に見られる。

[編集] 使用推奨期限

1993年以降に発売された乾電池の多くには、使用推奨期限が刻印されている。期限は製造時から数年程度。使用推奨期限は、使用開始を推奨する期限を示した物であり、期限までに使い終わることを推奨している訳ではない。また電池の保管は低温が良い（使う直前までラップフィルムに包んで冷蔵）とされる。

[編集] 使用済み乾電池のリサイクルと廃棄

家電量販店を始めとした回収体制が確立している充電池に比べると認知度は劣るが、乾電池はリサイクルの対象である。一例として、回収された使用済み乾電池は、資源化施設に運ばれた後製錬され、亜鉛合金、電気亜鉛、鉄等に再資源化される。一般に、自治体が担っている場合が多く、公共施設の入り口付近に回収ボックスが設置されている場合が多い。マンガンなどの希少金属を再生・再資源化する為に拠点回収する等、蛍光灯等の有害ゴミと同様に回収する市町村・小売店も多い。

現在日本で生産されている乾電池には水銀が含まれていないため、廃棄する場合は、特に大都市部などでは不燃ごみとして回収しているところが多く、これらの地域のホームセンターや家電量販店などでは乾電池の正しい使用法を啓発するビデオや手引書の中でも、粘着テープ等で電極を絶縁してから不燃ごみとして廃棄するように示されている。

[編集] 水銀0使用

日本では、マンガン乾電池は1991年、アルカリ乾電池は1992年から、水銀は使用されていない。ボタン形酸化銀電池は、無水銀化した物を2005年にソニー株式会社が商品化させた。2005年1月から、10種を全世界で順次販売する。ただし設備が水銀使用電池と共用なので、微量の水銀が検出されることもあり得る。

[編集] 歴史

[編集] 乾電池以前

電池の歴史を参照。

[編集] 乾電池の誕生

1887年（明治20年）- 小型湿電池の性能に不満を抱いた日本の時計技師屋井先蔵が、より取り扱いが簡素でまた日本の寒冷地でも使用可能な時計用小型一次電池「屋井式乾電池」を発明。ドイツのカール・ガスナー (Carl Gassner) がドイツで乾電池の特許を取得（生産開始は1888年）。
1888年 - デンマークのヘレンセンが乾電池の特許を取得。
1892年（明治25年） - シカゴ万国博覧会に帝国大学理学部が地震計を出展する。これに使用した屋井式乾電池がアメリカ企業に模倣され、翌年には「Dry battery」という模倣品が舶来品として日本に逆輸入された（当時の日本は「日本が外国から取るものは多くても外国が日本から取るものは少ない」との考えに立って法律を作っていた[1]）。
1892年（明治25年） - 日本の乾電池の特許の第一号が高橋市三郎によって取得される（第2062号）。その後屋井先蔵も金銭難から出願出来ずにいた乾電池の特許を出願・取得（第2086号）。

後世の歴史研究により、1887年以前に乾電池が発明された形跡が無い事から屋井の乾電池が世界初であると認められた。しかし現在も日本国外のみならず日本国内においても、ガスナーまたはヘレンセンが発明者とする文献、識者は多い（発明の事実と特許認定は異なる）。

[編集] 乾電池の飛躍

1909年タングステンのフィラメントによって、乾電池で動く最初の懐中電灯が出来た。

[編集] 外部リンク

乾電池

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