サルフェーション現象

質問

こんばんわ。
バッテリーのサルフェーション現象がなぜ起きるのか、どういうものなのかを教えてほしいです。
よろしくお願いします。。

回答No.2

foitec · ベストアンサー

要は充・放電で起こる化学反応が理想どおり100％完全に行われないことによって（-）側の電極に絶縁物質の皮膜が生成されてしまうことをいいます。

一般的なバッテリ（鉛蓄電池）は電極として、（+）側に過酸化鉛（ PbO2）、（-）側に海綿状鉛（Pb）を使用しています。
で、電解液である希硫酸が両極板に出入りして化学反応が行われ、このときに電子の移動を伴うことが充放電の原理となります。

希硫酸については中学校か高校で習ったかもしれませんがご存知のように
両者とも化学記号は「H2SO4」ですが、濃硫酸は脱水力、吸湿性があり、希硫酸とは性質が異なります。
（濃硫酸の酸化力は、H2SO4がもともと持っている反応性です、濃硫酸の入ったビンの蓋を開けると強力な腐食性のあるSO3ガスが揮発して喉や眼がやられるので大変危険です）

この硫酸に水を加えて混合させると上記の性質上熱を発生した反応を示した後もともと結合が弱いHSO4-とH+が分離します。
結果、周りを水分子に囲まれて安定したHSO4-イオンと、
同じく周りを水分子に囲まれて安定したH+イオンに変わります。
そして「反応性のあるH2SO4」が、水で希釈されることによって、「反応性のないイオン」に変わってしまいます。
この性質を利用して電解液として希硫酸を使用するのです。

さて本題に戻ると
充電時の（+）電極の反応は　PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O
放電時の（+）電極の反応は　PbSO4 + H2O → PbO2 + H2SO4

充電時の（-）電極の反応は　Pb + H2SO4 → PbSO4 + H2O
放電時の（-）電極の反応は　PbSO4 + H2O → Pb + H2SO4

電流は実際にはその回路を流れる「電子＝（-）電荷」の移動のことなので実際には（-）から（+）側に流れています。
（便宜上、普通電流の流れは＋　→　-　となっていますが厳密には間違いです）

実際は（-）電極、海綿状鉛（Pb）が硫酸によって鉛（Pb）がイオン化される際に電子を発生し、プラス極は電子を受け取り、両電極はPbSO4を生成しながら、反応が進みます。

充放電は繰り返し行なうことができ、原理的には充放電の化学反応が100％行われていればバッテリーは永久に使えるはずです。
実際には過放電やあまり長く充電せずに放置したり（使用量よりも充電が少ない＝追いつかない）などや、
充放電の回数が多くなると、（+）極の活物質は「硫酸鉛」となり泥状化して次第に電池のケース底に沈澱します。
（-）極の活物質の海綿状鉛も硫酸鉛となって、徐々に収縮して砂状になり、（-）極に固着して電極を覆うようになります（電極が白くなります）。
その結果、硫酸鉛は導電性がないので電気が流れなくなり鉛蓄電池がその機能を果たさなくなってしまいます。

これを「サルフェーション」と言っています。

これが発生すると電解液中の硫酸鉛が電極に付着してしまい結果、水（H2O）の割合が増しますから電解液の比重が下がります。

逆に過充電を繰り返すと希硫酸中の水が減少（H2とO2のガスになる）し、気泡が極板を刺激して、プラス極板の脱落を起こす場合があります。
（最近は電子レギュレータで充電制御するので稀です）

この場合は水（H2O)が不足しますから蒸留水を補充する必要があります。

バッテリの健康状態は「比重」の管理です。
通常はおよそ1：1.27
比重が下がって1：1.1になるとかなりサルフェーションが進んでいると言えます。（ほぼ寿命）

http://www.sotolab.jp/battery.html
にわかりやすく載っていますが、サルフェーションの解消はうたい文句ほどうまくできないのが現状です。
バッテリの価格と使用年数とこれらのメンテナンス費用の兼ね合いで寿命判断してください。

参考URL：

http://www.sotolab.jp/battery.html

回答No.1

yotaima

こんばんは。

結構難しい内容ですね。
バッテリーに関する参考書などには必ず説明されてます。
検索すると結構出てきます。
http://www.hi-grove.com/sulfation.html
http://www.hi-grove.com/chemical_change.html

この辺りで理解していただけると思います。

ご参考まで。