巷では沢山の充電池を見ることが出来ますが、近年最も広く用いられている充電池の一つが「ニッケル水素充電池」です。パナソニックの商品名では「エネループ」などが有名ですが、細かな仕様は違えども様々なニッケル水素充電池が開発されて市場に出回っています。
最近では大容量高出力のリチウムイオンバッテリーも登場している一方で、まだまだニッケル水素充電池が広く用いられるのは何故でしょうか？
実は、ニッケル水素充電池を語る上で欠かせないのがエネループの存在です。本記事では、そんなニッケル水素充電池とエネループについて詳しくご説明していきます。
ニッケルと水素を使った二次電池
ニッケル水素充電池と言うのは、
陽極：水酸化ニッケル（NiOOH）
陰極：水素（H2 もしくは MH）
電解液：水酸化カリウム水溶液（KOHaq）
水素と言うのは本来気体で存在する物質で、気体の水素のまま電池として使うのは非常に不便でした。そこで開発さたのが、水素を蓄える性質のある水素吸蔵合金を利用したニッケル金属水素化物電池です。
あまりにも長ったらしいので、普通はニッケル水素充電池（Ni-MH）のように、記号を付けて説明されます。
この水素吸蔵合金というのが画期的な発明であり、金属の格子の中に水素を閉じ込める金属を使うことで、気体のまま水素を貯蔵するよりも効率よく水素を蓄えることが出来るようになりました。
ニッケル水素充電池は充電池として作られる以上、放電後に綺麗に充電されなければなりません。ニカド電池と同じように陽極に水酸化ニッケルを使っているため、陽極の反応自体はニカド電池と似たような反応です。
＜陽極＞
放電時： NiOOH + H2O + e– → Ni(OH)2 + OH–
充電時： Ni(OH)2 + OH– → NiOOH + H2O + e–
しかし、大きく異なるのは陰極での反応です。
＜陰極＞
放電時： MH+OH– → M＋H2O ＋e–
充電時： M＋H2O ＋e– → MH+OH–
MHと言うのは、水素吸蔵合金（M）と水素（H）を指します。
上のように記述すると水素が陰極側で反応しているように見えますが、実際には通電した際に水素は電子を失って水素イオン化し、セパレータ（陰極と陽極の仕切り）を通過して、陽極側で水酸化イオンと反応して（化学式的には）水になっています。そして、陽極側の化学式にあるように、水になった水素はニッケルと結合しています。
化学式で書くと一旦水になっている水素ですが、実際には殆どダイレクトにニッケルに結合していると考えて良いでしょう。逆に、化学式的には水の中の水素が水素吸蔵合金と結合していますが、実質的にはニッケルに吸収された水素が放出されて、水素吸蔵合金に吸い込まれています。
つまり、実際の水素の動きは以下のようになります。
＜水素の動き＞
MH （放電）→ M＋Ni(OH)2 （充電）→ MH
長々と説明しましたが、ニッケル水素充電池では、水素が行ったり来たりすることで充放電が行われているということなんですね。
ニッケル水素充電池の利点と欠点
さて、ニカド電池とニッケル水素電池の大きな違いは陰極に水素を使っているカドミウムを使っているかの違いですが、これが電池性能を大きく向上させています。
電圧はどちらも１．２V程度ですが、水素はカドミウムと違って遥かに小さいため、同じ大きさでもニカド電池の２倍以上の電気容量を獲得しており、圧倒的に電池が長持ちします。さらに、ニカド電池は素材に人体に有害なカドミウムを使用しているため廃棄などには慎重な扱いが必要でしたが、ニッケル水素充電池ではその必要がありません。
ただし、どちらの充電池も、自然放電で勝手に容量が少なくなったり、メモリー効果で勝手に電圧が下がると言った現象が発生し、充電池の利便性を著しく阻害していました。
一方、リチウムイオンを利用した新たな電池も開発されており、こちらは電圧が３．７Vと高電圧な上、他の充電池に見られた自然放電やメモリー効果が殆ど発生しません。
このため、ニッケル水素電池やニカド電池は、リチウムイオン電池に将来的には入れ替わるだろうと考えられていました。
＜ニッケル水素電池の利点＞
・ニカド電池より電気容量が多い
・リチウムイオン電池より価格が安い
・リチウムイオン電池より安全
＜ニッケル水素電池の欠点＞
・自然放電により、電気容量が勝手に減る
・メモリー効果により、勝手に電圧が下がる
・過放電や過充電時の危険性がニカド電池より高い
安くて、安全ではあるものの、自然放電やメモリー効果があるから使用方法が大きく制限されるというのが、大方のニッケル水素電池の評価でしたが、この欠点がエネループという電池によっては克服されることになります。
