バッテリの性質の波形を書きたい

質問

リチウム、鉛、ニッカド、ニッケル水素バッテリの性能を調べています。
ネットを覗けばエネルギー密度、セル電圧、サイクル寿命、メンテナンス間隔、等が書いていますが電子データとして欲しいので自分で作成しようと考えています。
質問1
「リチウムイオン二次電池用電極材料」東海大学紀要工学部の論文には
Zn+Cu+2→Zn2+ + Cu・・・（１）
ΔG=-nFE・・・（２）
E=E0 + RT/nF * ln (ared(A)・aox(B)/ aox(A)・ared（B）)　・・・（３）
（１）式のギブスエネルギー変換ΔGが起電力Eであり、それは（２）式のようにあらわせる。
但し、Fはファラデー定数であり、Eは（６）式のユニ物質の且つ量と系の標準電極電位E0　から求める値である。

と書いてありました。
この式が良く理解できません。
恐らく、理解して数値を代入することで、リチウムなら3から4[V]、ニッカド、ニッケル水素なら1.2[V]の値が出てくると思うのですが、御教示願います。

質問2
起電圧と同様、エネルギー密度はどのようにして求められるのですか？

質問３
バッテリの寿命はどのようにして求められるのですか？

質問4
バッテリのメンテナンスどのようにして決められるのですか？
また、メンテナンスがフリーと呼ばれているリチウムバッテリや密閉型のバッテリは電解液の補充が必要でないだけで容量のチェックはしないといけないと思います。
各バッテリごとの一般的なメンテナンス間隔を御教示願います。

技術的な式より御教示願います。また、参考文献も御教示願います。

回答No.1

chan008 · ベストアンサー

（質問１）
質問の意味が全然わかりません。
だいたい6式とはなにもの？それと、1式はリチウム電池とは前関係ないですよ。
東海大学紀要が読める環境でしたら、もっと電池についての本はたくさんあるはずですよ。
電気化学についての簡単な本を読めば、どんな本でも、電極電位や電池の起電力について記述してあります。
電池の起電力は両電極間の電位の差です。
各電極の電位は、おっしゃるとおり、理論的に計算できますが、
経験的に知られているものも多数あります。
リチウム電池は、炭素、酸化物電極、ともに「複雑な構造をもっている」ため、
（１）式みたいな簡単な式からずれる成分を有しています。
ですから、電位もずれて、３－４Vというあいまいな値になっています。

（質問２）
エネルギー密度とは、単位あたりのエネルギー量です。一般には、単位重量、あるいは単位体積あたりの容量、もしくは仕事量を計算します。Wｈ/kgとか、ｍAh/ｃｍ３とか。理論的には、電極反応式に基づいて、充放電時の電荷の移動量を単位量で割って得ます。ただ、実際の容量は理論よりも減る傾向があるので、市販の電池に書いてある容量は、理論値ではなく、実測値となっています。

（質問３）
これは理屈で求めるものではありません。「何回使うと、ダメになるか」という非常に簡単なやり方で求めます。場合によっては「加速試験」というものを行う場合があります。おそらく工業的に行われている寿命試験は、なんらかの基準に照らして行われていると思いますが、私はよく知りません。

（質問４）
メンテナンスは、その動作システムによってさまざまです。リチウムは完全密閉容器中で有機溶媒やリチウム化合物をつかいますから、「メンテナンスしたくてもできない」というほうが正しいかもしれませんね。もっともメンテナンスするほどのメリットはないのですが。鉛蓄電池は硫酸水溶液を電解液に使っていますから、ふたを開けても大丈夫ですので、液の補充などをすることで延命ができるため、メンテナンスが必要となっています。ニッカドやニッケル水素はメモリ効果があるので、「完全放電」というメンテナンスが特に必要となるはずです。時間軸で単純に比較をする、というのはナンセンスだと思います。私は自動車のバッテリをメンテナンスしたことは今まで一度もありませんし、ニッカドの単三電池は、ダメになったら捨てていました。製品、それから動作環境で全然違いますね。強いていうなら、「ニッカドは寿命が短かいと感じたらメンテナンス」「鉛蓄電池は液が減ったらメンテナンス」「リチウムはダメになったらポイ」・・・時間よりも、回数で比較した方がいいかもしれませんね。

お礼

いつも有難うございます。
大変参考になっています。
今後ともよろしくお願いします。