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。(一回限りの使用で使い捨てるものが一次電池、充電して繰り返し使うものが二次電池

概要[編集]

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、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。その後、ドイツのカール・ガスナーがドイツで乾電池の特許を取得し、1887年(明治20年)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6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。

規格[編集]

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。

以下は、アルカリ乾電池の容量の目安。

  • 単1形、12,500 - 17,000mAh
  • 単2形、5,700 - 7,700mAh
  • 単3形、2,000 - 2,700mAh
  • 単4形、850 - 1,300mAh
  • 単5形、650 - 900mAh


代表的な規格[編集]

  サイズ / mm 通称 IEC 60086 / JIS C 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
緑 ※ 青 ※
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形は規格外である。

円筒型には他に、ドアチャイムなどに使われる、単5形と高さが同じ、直径がやや細い形状で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)、「015」(22.5V)、「W10」(15V)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。現在はラジコンエンジンの始動用にVT-10(1.5V)や道路標識灯用の電池がよく使われている。

9V型はトランジスタラジオ用に設計されたものである。真空管ラジオのB電池にBL-030(45V)、BL-045(67.5V)等の高電圧電池も存在したが、国内での生産は終了し、海外に数種類が残るのみである。

規格名の意味[編集]

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(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) 途上国や中国等で生産されている。外装色から緑マンガンと称される。
    • C - 高容量 (high capacity) 国内では製品入れ組み用やOEM用である。欧米では一般的なグレードで外装色から青マンガンと称される。
    • P - 高出力 (high power) 欧米では一般的なグレードで外装色から赤マンガンと称される。国内では数社が販売するのみである。
    • PU - 超高性能 ※JISのみ 黒マンガンと称されるもので、日本独自規格である。高性能すぎてアルカリの普及が先進国で遅れたことは有名である。

乾電池の構造[編集]

一次電池の内部構造には、次のような種類がある。

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 : 2,000 - 2,700mAh
  • 単3マンガン(黒) : 1,000mAh
  • 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

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。大電流を流せないため、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・大電流を維持し、電流を止めると一時的に起電力が回復する。近年の大電流モデルほど、寿命を迎えるときの電圧降下は急激な傾向。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。
  • ニッケル乾電池 - デジタルカメラなど高電圧を要求する機器に向く。初期電圧が一般の乾電池よりも高く1.7V程度あり、負荷をかけてもそれを維持するため、特に消費電力の大きなデジタルカメラで実力を発揮する。東芝製のニッケル電池(GigaEnergy)はデジカメ専用となっていた。電圧の問題から、一般用途に広く販売していたパナソニック製ニッケル電池(オキシライド)では、懐中電灯など一般の機器を傷める事例が相次ぎ、短期間のうちに生産を終了した。高い電圧に比して容量は少ない。
  • リチウム乾電池 - 大容量で大電流を維持できる。また、極めて自己放電が少なく長期間の使用に耐える。高出力モーターやデジタルカメラなどからデータ保持用まで、大電流・小電流問わず使用可能。電池本体が軽く、本数を多く使用するカメラ用ストロボなどの機器にも有用。対応する温度域が広く、低温に強い。

ボタン型電池など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) - 耳掛け式および耳穴式、眼鏡と一体化されている補聴器の電源として使われている。
  • ボルタ電池 など

円筒型乾電池の主な用途[編集]

懐中電灯や乾電池で動作するおもちゃのような電力消費の大きいものには単1形や単2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。単3形を基準にすると、単4形の電池容量は約半分、単2形は約3倍弱、単1形は約5 - 6倍となる。主流は単3形だが、近年機器の小型化が進んだ事や電力消費が抑えられている事もあり単4形の流通量が増え、単1形、単2形は減っている。単5形は小型のライトや防犯ブザーに使用される。

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)がある。

使用上の注意[編集]

液漏れ[編集]

アルカリ電池に起きやすいとされる液漏れは、過放電によって更にその確率が上がる。過放電とは、機器を作動させることができない電圧(通常0.9V が基準)になること。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放出される。また、マイナス側端子の損傷も原因の一つ。度重なる改良がおこなわれているが、現在でも基本的にはどの電池にも起こりうる。異種電池の混用によって、先に寿命を迎えた電池が過放電ないし逆充電状態に置かれて引き起こされる事もある。マンガン電池が相応とされる微弱電力機器(時計など)にアルカリ電池を入れた場合、結果的に長期間の使用となり液漏れを誘発する事もある。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カ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。また人体の組織を侵すため、皮膚の損傷、目に入れば失明の恐れもある。(漏れた液に触れた手で目をこするなどすると非常に危険。子供のおもちゃでは特に要注意)

一時期、複数の大手メーカー製乾電池で、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。現在でもマクセルのボルテージや酸化銀電池で続いている。

使用推奨期限[編集]

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。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。期限は製造時から数年程度が一般的。殆どのメーカーが、マンガンは単1、単2が3年、単3から単5が2年、6F22が1年半となっている。アルカリは単5と9Vを除いて5年が多くなっている他、近年のモデル(富士通 Premiun G、maxell ボルテージ、パナソニックエボルタなど)では10年となっている。リチウム電池では米国エナジャイザー社のアルティメットリチウムで15年となっている。

使用済み乾電池のリサイクルと廃棄[編集]

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。

水銀0使用[編集]

『水銀0使用』とは『水銀不使用』の意味。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。尚、アルカリボタン電池はいまだに水銀0化がなされていないものが多く、処分には注意を要する。中国製でも一部の電池には水銀が使用されている。

歴史[編集]

乾電池以前[編集]

電池の歴史を参照。

乾電池の誕生[編集]

  • 1885年(明治20年)- ドイツカール・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)。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」を作る。
  • 1888年 - デンマーク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2,062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2,086号)。
  • 1896年(明治29年) - アメリカ・エナジャイザー(energizer)社が、世界で初めて消費者向けの乾電池を発明。

乾電池の飛躍[編集]

日本国内の主な乾電池・充電式電池メーカー[編集]

外部リンク[編集]