＜もくじ＞
Ⅰ章 鉛バッテリーの構造
１．バッテリーの構造概要
２．極版について
１）グリッド（格子）とは
２）活物質（Active Material）とは
３．セパレーターの構造と役割
Ⅱ章 鉛バッテリーが劣化する原因とそのメカニズム
１．サルフェーション（硫酸鉛PbSO₄の蓄積・結晶化・粗大化）
１．バッテリーの構造概要
２．極版について
１）グリッド（格子）とは
２）活物質（Active Material）とは
３．セパレーターの構造と役割
Ⅱ章 鉛バッテリーが劣化する原因とそのメカニズム
１．サルフェーション（硫酸鉛PbSO₄の蓄積・結晶化・粗大化）
１）サルフェーションの概要
２）サルフェーションの発生メカニズム
３）電圧が高いとサルフェーションが起きにくい理由
２）サルフェーションの発生メカニズム
３）電圧が高いとサルフェーションが起きにくい理由
２．グリッド（格子）の腐食・酸化（Ⅰ章と一部重複）
１）グリッド（格子）とは
２）グリッド（格子）の主な役割
３）材質と製造技術
４）劣化との関係
３．活物質の剥離・脱落（Ⅰ章と一部重複）
１）活物質（Active Material）とは
２）活物質（ペースト）の構成と役割
３）ペーストの組成と製造
４）活物質の反応メカニズム（放電時）
５）活物質の劣化
４．電解液の劣化・減少（電解質劣化）
１）電解液とは？
２）劣化・減少の主なメカニズム
３）対策のポイント
４）硫酸濃度（比重）がバッテリーに与える影響
５．セパレーター劣化とそのメカニズム
１） セパレーター孔（ポア）の詰まり（Pore Blocking）
２）セパレーターの酸化劣化（主に正極側）
３） セパレーターの熱劣化・熱収縮
４）活物質の脱落によるショートリスク増大（底部堆積物）
５）セパレーターの極板密着性の変化（乾燥化）
６）経年劣化での微小クラック・ピンホール
７） どの極板を袋状セパレーターで包むかは“メーカーの設計思想で異なる”
８）まとめ：セパレーターの劣化はバッテリー寿命の“最後の砦”
６．温度・熱サイクルによる加速劣化
７．劣化原因から導かれる対策
１）化学反応速度の加速
２）電解液の蒸散・乾燥
３）熱膨張・収縮による機械的ストレス
４）過充電が起きやすくなる
５）熱暴走（thermal runaway）のリスク増加
７．劣化原因から導かれる対策
Ⅲ章 国産高品質バッテリと安価バッテリーの違い
１．バッテリー寿命に差が出る理由＜GSユアサ vs 台湾ユアサ vs 安価な中国製＞
２．サルフェーションの基本的な進行要因
３．互換バッテリーでも違う内部構造
４．偽物（粗悪コピー）バッテリーに要注意！
５．（参考）購入バッテリーの選定方法（私の場合）
Ⅳ章 バッテリー充電器の違い
１．バッテリーにあった充電器を選ぶ
１）車両用バッテリーの種類
２）バッテリーの種類による充電器にもとめられる条件
（注１）VRLA（密閉型）の過電圧によるガス発生について
（注２）GELバッテリーの充電電圧と充電器について
２．スマート充電器か否か
１）スマート充電器とは
２）特徴
３）３段階充電（Bulk → Absorption → Float）の目的と制御
４）バルク（Bulk）充電
５）吸収（Absorption ）充電
６）高品質なスマート充電器と安価なCV充電器の違い
３．維持充電（トリクル充電／フロート充電）について
１）フロート充電／トリクル充電の仕組み
４．充電時の電圧について
１）吸収充電で12.72V（理論満電）より高い 14.2~14.7V を印加する理由
２）維持充電において、前工程の吸収電圧から13.6V前後に降下して印加する理由
３）6V鉛バッテリーの場合の適正電圧値
６）高品質なスマート充電器と安価なCV充電器の違い
３．維持充電（トリクル充電／フロート充電）について
１）フロート充電／トリクル充電の仕組み
２）なぜフロート／トリクルの名称があいまいに使われるのか？
３）維持充電の図形化（例）
４）OptiMateの維持充電について
５）補足：維持充電時の電流について
４）OptiMateの維持充電について
５）補足：維持充電時の電流について
４．充電時の電圧について
１）吸収充電で12.72V（理論満電）より高い 14.2~14.7V を印加する理由
２）維持充電において、前工程の吸収電圧から13.6V前後に降下して印加する理由
３）6V鉛バッテリーの場合の適正電圧値
５．パルス充電について
１）パルス充電の目的
１）パルス充電の目的
２）パルス充電の基本的な仕組み
３）パルスの効果
４）実際の充電器ではどう使われているか
５）パルス充電の注意点（万能ではない）
６）概要のまとめ
７）パルスの種類と効果について
7-1）パルス幅について
7-1）パルス幅について
7-2）印加電圧について
7-3）デューティ比について
7-4）周波数について
Ⅴ章 その他
・・徐々に書き上げていく予定なので、”もくじ”の内容は後日修正が入る可能性があります。
7-3）デューティ比について
7-4）周波数について
Ⅴ章 その他
・・徐々に書き上げていく予定なので、”もくじ”の内容は後日修正が入る可能性があります。
前回記事「Ⅱ章 鉛バッテリーが劣化する原因とそのメカニズム）１．サルフェーション（硫酸鉛PbSO₄の蓄積・結晶化・粗大化）」の続きです。
Ⅱ－２．グリッド（格子）の腐食・酸化
１）グリッド（格子）とは
グリッドとは、”鉛バッテリーの極板（正極・負極）を構成する金属骨格（フレーム）”であり、活物質を保持し、電流を効率的に分配・伝導するための導電体です。 いわば、極板の“骨組み”にあたる部分です。
２）グリッド（格子）の主な役割
(1)活物質の支持構造
ペースト状または焼結状の活物質（正極：PbO₂、負極：Pb）をしっかり保持し、充放電時の膨張・収縮や振動から守ります。
(2)電流の伝導経路
活物質全体に均一に電流を流し、反応をセル全体に行き渡らせます。格子形状のパターンや厚みは、電流分布や内部抵抗に大きく影響します。
(3)反応生成物の保持と拡散
格子と活物質の隙間を通じて電解液が浸透し、反応生成物（PbSO₄など）の形成・分解が効率的に行われるように設計されています。
３）材質と製造技術
製造方法は、鋳造法（gravity casting）、拡延法（expanded metal）、パンチング法などがあり、高級バッテリーほど格子の結晶構造が均一で導電性が高く、腐食に強い合金が使用されます。
４） 劣化との関係
長期使用や過充電による酸素発生・電解液のpH変化、高温環境、低純度の鉛合金（不適切な合金元素）の使用等により、正極グリッドは酸化腐食して厚みが減少・脆化し、やがて開路や活物質剥離、極版の崩壊（＝容量低下・短絡）をまねきます。 鉛カルシウム合金などの耐食性合金がその劣化を抑制します。
Ⅱ－３．活物質の剥離・脱落
１）活物質（Active Material）とは
活物質とは、鉛バッテリーの極板（正極・負極）上で化学反応を担う主要な物質であり、グリッド（格子）にペースト状に塗布・圧着された鉛化合物。 充放電の際に、電気エネルギーと化学エネルギーの相互変換を行う“心臓部”。
２）活物質（ペースト）の構成と役割
鉛バッテリーには、極性によって次の2種類の活物質が使用されます。
鉛バッテリーには、極性によって次の2種類の活物質が使用されます。
この2つの活物質が硫酸（H₂SO₄）電解液と反応し、放電時に電流を発生、充電時に再び元の状態へ戻ります。
３）ペーストの組成と製造
３）ペーストの組成と製造
活物質は、鉛粉に添加剤と水・希硫酸を混ぜて練ったペースト状の混合物で、グリッド表面に塗布したのち乾燥・成形・化成（初期充電）されて活性化します。
特に負極側では、導電性や充電受入性を高めるために、カーボン系添加剤やリグニン系バインダーが加えられます。
４）活物質の反応メカニズム（放電時）
放電時には、以下の反応が起こります。
◇正極（PbO₂）：
PbO₂ + SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O
（補足）
（補足）
PbO₂:二酸化鉛・・鉛と酸素の化合物。酸化鉛(IV)（さんかなまりイオン）とも呼ばれます。鉛蓄電池の正極活物質などに使われる、暗褐色の固体です。
SO₄²⁻：硫酸イオン（りゅうさんイオン）・・硫酸 硫酸(H₂SO₄) が水中で解離したときに生成されるもので、硫酸塩を構成する代表的なイオンです。
4H⁺：４つの水素イオン
2e⁻：2価の陰イオン
PbSO₄:硫酸鉛(II)。鉛蓄電池の放電時に電極上で生成される。
2H₂O：水が2分子ある状態
◆負極（Pb）：
Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻
(補足）
(補足）
Pb：鉛
SO₄²⁻：：硫酸イオン（りゅうさんイオン）・・硫酸 硫酸(H₂SO₄) が水中で解離したときに生成されるもので、硫酸塩を構成する代表的なイオンです。
PbSO₄:硫酸鉛(II)。鉛蓄電池の放電時に電極上で生成される。
2e⁻：2価の陰イオン
放電が進むと、両極ともに**PbSO₄（硫酸鉛）**に変化し、電解液中の硫酸濃度が低下します。
５）活物質の劣化
(1)結晶成長・サルフェーション： PbSO₄結晶が粗大化し、充電で還元されにくくなる。
＜誘引因子＞
低電圧状態（＝放電状態）の放置＝電解液中の硫酸濃度が下がる→PbSO₄が粗く・結晶化していく。
(2)剥離・脱落：充放電による膨張・収縮や振動で、PbO₂（正極）やスポンジ状Pb（負極）からグリッドから活物質が剥がれ落ち、ケース底部に堆積する。 結果、総有効面積低下＝電圧降下＋内部短絡リスク上昇。
＜誘引因子＞
・過充電・繰り返し急速充放電
・振動
・活物質（ペースト）の品質（粒度と添加剤）・・良質なペーストは、均一・微粒化かつ炭素や繊維添加で導電性が高い。 対してチープな活物質は、ペースト粒子が粗く、密着不良が起きやすい。 また微細構造が粗いため、PbSO₄が大粒化しやすい（硬化しやすい）。
(3)乾燥・硬化： 電解液の減少や高温環境でペーストが硬化し反応が鈍化。
(1)結晶成長・サルフェーション： PbSO₄結晶が粗大化し、充電で還元されにくくなる。
＜誘引因子＞
低電圧状態（＝放電状態）の放置＝電解液中の硫酸濃度が下がる→PbSO₄が粗く・結晶化していく。
(2)剥離・脱落：充放電による膨張・収縮や振動で、PbO₂（正極）やスポンジ状Pb（負極）からグリッドから活物質が剥がれ落ち、ケース底部に堆積する。 結果、総有効面積低下＝電圧降下＋内部短絡リスク上昇。
＜誘引因子＞
・過充電・繰り返し急速充放電
・振動
・活物質（ペースト）の品質（粒度と添加剤）・・良質なペーストは、均一・微粒化かつ炭素や繊維添加で導電性が高い。 対してチープな活物質は、ペースト粒子が粗く、密着不良が起きやすい。 また微細構造が粗いため、PbSO₄が大粒化しやすい（硬化しやすい）。
(3)乾燥・硬化： 電解液の減少や高温環境でペーストが硬化し反応が鈍化。
＜誘引因子＞
・過充電・繰り返し急速充放電→電解液の減少
・高温環境
(4)均一性の劣化： ペースト密度のばらつきにより、一部セルだけ反応が進みにくくなる。
－続く－
ps:本記事は自分の知識向上のために調べて作成したものです。 間違い等もあるかもしれません。ご承知おきください。
