鉛蓄電池と自動車用途に依存する9つの業界

鉛蓄電池はあらゆる電気用途において重要な役割を果たします。

リチウムイオン電池軽量、高出力、長寿命という利点から、リチウムイオン電池はエネルギー貯蔵の分野で世界中で好まれており、電気自動車、個人用電子機器、携帯電話、電池式電動工具などのモバイルアプリケーションの主な電源となっています。しかし、従来の鉛蓄電池（徐々にリチウムイオン電池に置き換えられつつあります）は依然として成長傾向にあり、統計的には2026年には597億ドルに達し、年間平均成長率は5.2％になると予想されています。

鉛蓄電池は 160 年以上にわたってさまざまな用途に使用されており、小規模から中規模のエネルギー貯蔵用途で最も広く使用されている充電式電気化学電池です。鉛蓄電池は安全で、低コストで、充電とリサイクルが簡単です。この電池は硫酸電解液に浸された 2 つの電極で構成されています。正極は金属鉛酸化物で作られ、負極は金属鉛で作られています。

鉛蓄電池は、液式鉛蓄電池とメンテナンスフリーのバルブ制御鉛蓄電池（バーチャルリアリティ）の2種類に分けられます。液式鉛蓄電池は比較的低コストですが、メンテナンスフリーのVRLA電池に比べてメンテナンスと換気に多くの手間がかかります。AGM電池は、硫酸電解液を含むガラス繊維セパレーターを備えたVRLA電池の一種で、どの位置でも作動し、液漏れの危険もありません。バッテリーケースに穴が開いています。

鉛蓄電池は、低コストで、短時間に大電流を生成でき、車載 交流 発電機で充電できるため、自動車のスタート ストップ システムで最も一般的に使用されています。その他の用途では、鉛蓄電池は、重量が重い (鉛製) ためサイクル寿命が比較的短いことやエネルギー密度が低いことなど、いくつかの課題があります。

鉛蓄電池は誕生から 200 年を迎えましたが、21 世紀においても、特に産業環境では依然として重要な役割を果たしています。鉛蓄電池の 9 つの用途をまとめました。きっと驚くことでしょう。

車両始動用鉛蓄電池（スリーアイ）

鉛蓄電池は主に車両の始動に使用されます。この用途は始動、照明、点火 (スリーアイ) と呼ばれます。鉛蓄電池は、冷たい内燃エンジン (氷) を作動させるために必要な高電流を生成できます。

12V鉛蓄電池は、車両の始動、照明、メーターの表示、ラジオ、冷気制御などに電力を供給できます。電気輸送の発展は、最終的には内燃機関車の削減につながる可能性がありますが、インドとアジアでの低コストのガソリン車とディーゼル車の生産は、SLI鉛蓄電池の高い需要を維持するでしょう。電池今後数十年で。

鉛蓄電池は車載AC発電機といくつかの電子機器で充電できますが、リチウムイオン電池は過充電による熱暴走を避けるために充電中に高度な電子機器で注意深く監視する必要があります。

SLI鉛蓄電池はまだ大量にリサイクルされておらず、電池に含まれる鉛金属が環境汚染を引き起こします。この場合、政府は鉛蓄電池のリサイクルを促進するために多くの規制政策と財政的インセンティブを発行しており、リサイクル率は最大95％に達しており、これは鉛蓄電池の継続的な使用にとってもう1つの重要な要素です。

フォークリフト用鉛蓄電池

バッテリー駆動のフォークリフトは、天然ガスを燃料とするフォークリフトに大きく取って代わりました。電気フォークリフトは、人体に有害な有毒ガスや一酸化炭素が溜まる心配をせずに、建物内や密閉された空間で運転できます。

フォークリフトは、鉛蓄電池の重量が役立つモバイル アプリケーションです。鉛蓄電池は通常、バランスを保つために低い位置に配置されます。特に、フォークリフトのリフターが製品を高い位置に置く必要がある場合はそうです。鉛蓄電池をより軽量の電池 (リチウムイオン電池など) に交換する場合、安全な操作を維持するためにフォークリフトにバラストを取り付ける必要がある場合があります。

フォークリフトは、マテリアルハンドリング業界の重要な部分であるため、生産性と低コストが重要な考慮事項であり、そのため、鉛蓄電池はフォークリフト用途で引き続き主導権を握るでしょう。

データセンター向け非常用電源

アマゾン、フェイスブック、グーグル などのインターネット大手は、いずれもデータ システムに依存して業務を続けています。突然の停電や短時間の電力供給中断が発生すると、無停電電源システム (UPS) が起動してデータ センターのオンライン状態を維持します。充電式バッテリー パックは、いつでもサポートできるバックアップ電源として機能します。

従来、鉛蓄電池は、低コストで充電の技術的要件が低いという利点があるため、長時間待機システムの最初の選択肢となっています。鉛蓄電池は寿命全体を通じて常に静的な状態にあるため、このアプリケーションでは鉛蓄電池の重量はもはや重要な要素ではありません。

リチウムイオン電池は、データセンターの特定の用途ですでに鉛蓄電池に取って代わっています。リチウムイオン電池は、耐用年数が長いこと (鉛蓄電池の 300 ～ 400 サイクルに対して、リチウムイオン電池のサイクル寿命は約 1,000 サイクル) に加え、小さなスペースで鉛蓄電池と同じ量のエネルギーを供給できます。これは、データセンターの占有面積が高額な場合に重要な考慮事項になります。ただし、鉛蓄電池は依然としてコスト効率の点で優れているため、すぐにはなくなることはないでしょう。

信号塔/5Gサービス

携帯電話は現代生活に欠かせないデバイスとなっています。停電が発生した場合、携帯電話が正常に動作するために、信号塔にはバックアップ電源が必要です。バックアップ電源はバックアップバッテリーの形で提供され、場合によっては補助発電機も使用され、電力網が停止しても数時間電話サービスを維持できます。

鉛蓄電池は比較的低コストでメンテナンスの必要性も少ないため、信号塔のバックアップ電源として好まれています。

5Gサービスは遠隔医療から自動運転車までさまざまな分野で革新に取り組んでおり、電力需要は増加する可能性があります。鉛蓄電池と比較して、小型のリチウムイオン電池は同じスペースでより多くの電力を供給できます。米国、ブラジル、インド、香港の通信業界の拡大には無停電電源システムが必要であり、これらのアプリケーションでリチウムイオン電池が鉛蓄電池に取って代わり始めるかどうかはまだわかりません。

再生可能エネルギー貯蔵

再生可能エネルギー発電装置はアメリカで最も急速に成長しています。風力エネルギーや太陽エネルギーなどの間欠的な再生可能エネルギーはエネルギー貯蔵システムに蓄えられ、必要なときに放出されます。

電気化学電池は、家庭用およびグリッド規模の産業用再生可能エネルギーの貯蔵に人気の選択肢となったため、低コストの鉛蓄電池が再びその役割を果たしています。鉛蓄電池は、特に初期費用が障壁となる可能性がある、独立型マイクログリッドなどのオフグリッド アプリケーションでよく使用されます。

ディーゼル動力原子力潜水艦

第二次世界大戦のディーゼル動力潜水艦に関する映画を見たことがあるなら、潜水艦にとってバッテリーがいかに重要かお分かりでしょう。ハリウッド映画では、潜水艦が水中で活動し、浮上する能力は、乗組員のほぼ全員が常に注意を払う必要がある大量の鉛蓄電池に大きく依存しています。

米国の潜水艦隊は第二次世界大戦中に成長し、263 隻の潜水艦が戦闘哨戒任務に就きました。米国の潜水艦には 2 つのバッテリーがあり、1 つは 126 個の鉛蓄電池で構成されています。充電は水面または換気システムを通じて水中で呼吸するディーゼル エンジンで行うことができます。

日常的なメンテナンスは、バッテリー室の近くにある大きなタンクから蒸留水をバッテリーに補充することでした。以前の潜水艦と同様に、潜水艦の安定性を維持するためにバッテリーは低い位置に設置されていました。

1954 年、原子力潜水艦ノーチラス号の進水により、潜水艦のすべてが変わりました。蒸気タービンと大量の電力で水と空気を浄化する原子力潜水艦は、一度に何ヶ月も水中に留まり、高速で長距離を航行することができます。興味深いことに、原子力潜水艦は、原子炉や発電機に問題が発生した場合に水面に戻るために、鉛蓄電池パックを今でも搭載しています。

強力な鉛蓄電池の使用は、原子力潜水艦のバックアップ電源となるだけでなく、バ​​ランスを保つことにも役立ちます。潜水艦内の空気が浮力を生み出し、鉛蓄電池に含まれる大量の鉛が潜水中に潜水艦を水中に引きずり込むのに役立つためです。より軽量の電池も使用できますが、潜水艦は水中で中性浮力を維持するために鉛バラストを必要とする場合があります。

病院向け非常用電源

病院は、安定した信頼性の高い電源を常時供給する必要がある複雑なインフラストラクチャです。短時間の停電でも、患者のデータが失われ、救急医療機器、監視、非常照明、安全出口標識、セキュリティ システムが中断される可能性があります。

ほとんどの病院には、短時間の停電に備えてバッテリー バックアップ システムと、長時間の停電に備えて発電機システムが備わっています。停電を修復してバックアップ電源を稼働させるには、10 分以上かかる場合があります。

病院の緊急用バッテリーは、ほとんどの場合、スタンバイ状態にあります。停電が発生すると、UPS システムは、発電機が正常に作動するまで、高電流で急速に放電する必要があります。電力が回復すると、無停電電源システムはバッテリーの充電を継続し、その後、別のスタンバイ期間に入ります。UPS バッテリーは頻繁に使用されるわけではありませんが、これらのバッテリーは通常、高速で堅牢であるため、病院への電力供給に適しています。

グリッドピークシフト要件

ピーク時に信頼性が高く安定した電力を供給するには、電力網に強力な発電能力が必要です。これまで、ピーク需要は高価な発電機で対応するのが一般的でしたが、現在はバッテリー ストレージ システムがその需要を満たすために使用されています。

鉛蓄電池は初期費用が低いため、電力ピーク負荷には魅力的ですが、サイクル寿命が短く、長期間充電しない状態や深く放電した状態を維持できないため、公共規模の電力システム アプリケーションでの使用は制限されます。鉛蓄電池は、頻繁な調整、浅い充電、放電を必要とする一部のグリッド サービスに適しています。

2012 年、東 ペン 製造業 は、鉛蓄電池ハイブリッド システムによって周波数調整と需要管理サービスを提供できる 3MW スーパー バッテリーを開発しました。グリッドに追加サービスを提供していない場合、エネルギー貯蔵システムは、地域の配電会社に需要管理サービスを提供できます。

電気自動車用鉛蓄電池

リチウムイオン電池は、電気自動車 (EV) のトラクション モーター用の動力電池の第一選択肢ですが、スターター システム マイクロプロセッサ、照明、ラジオ、エンターテイメントなどのシステムに電力を供給するために、鉛蓄電池が引き続き使用されているケースも多くあります。低電圧鉛蓄電池は通常、リチウムイオン電池パックの高電圧 (300 ～ 600 V) を鉛蓄電池の充電を維持する低電圧 (12 V) に変換する 直流-直流 コンバータを使用して充電されます。

コストと操作の簡単さが、電気自動車のアクセサリ アプリケーションで鉛蓄電池を使用する主な理由です。鉛蓄電池は重いため、時が経つにつれて、電気自動車はより軽量な 12V 補助リチウムイオン電池を使用するか、補助電池を使用せずに 直流-直流 コンバータを介して鉛蓄電池の低電圧回路に直接電力を供給するようになりました。