バッテリーの放電・充電の仕組みと補充液を足すときの注意
蓄電池の放電や充電は、いわば、金属（陰極板と陽極板）の間で行われる電子のキャッチボールです。
金属から電子を移動（充放電）させるため、イオンになりやすい金属となりにくい金属を電解液に浸します。
イオンになりやすい金属は陰極、なりにくい金属が陽極になります。
陰極で起こる化学反応（酸化）と、陽極で起こる化学反応（還元）によって、電子は陰極から陽極に移動し、電気が発生（放電）します。
鉛蓄電池の負極板にはイオンになりやすい鉛を、陽極にはイオンになりにくい二酸化鉛（酸素+鉛）を使用しています。
これらの極板は、酸化還元を促す電解液である希硫酸（硫酸+水素）に浸されています。
陰極板（鉛）を希硫酸につけると、鉛が硫酸に反応し「酸化」が始まります。
放電
鉛は、硫酸とくっつきやすい性質があり、自ら持っている電子を手放し、代わりに硫酸とくっつこうとします。
鉛と硫酸がくっつくと「硫酸鉛」（サルフェーション）という固体になり、陰極板表面に付着していきます。
このとき、電解液内では、硫酸が鉛と引き合うため硫酸濃度は下がっていき、水素が過剰な状態になっています。
陰極で鉛に手放された電子が電線を伝って陽極板に移動します。
この時電気が発生（放電）します。
陽極板の二酸化鉛（酸素+鉛）の鉛は、電解液中の硫酸と反応して硫酸鉛になりますが、陰極板と比べてイオンになりにくい金属ですので、その反応はかなり小さいです。
陽極板で硫酸鉛が生成されたことによって手放されていた酸素が、電解液中の水素とくっつき水を生成（還元）します。
このとき両電極に硫酸鉛が析出します。
充電の場合は、陰極板の硫酸鉛は電子を取り込んで鉛に変化するとともに硫酸イオンを放出します。
放電の化学反応式は下記になります。
PbO2（陽極）＋2H2SO4＋Pb（陰極）⇒PbSO4（陽極）＋2H2O＋PbSO4（陰極）
放電によって、両極板に硫酸鉛（PbSO4）が発生し、電解液中に水も生成します。
電解液中の硫酸イオン（SO42－）が陰極板に取り込まれて水が発生するので、「放電を行うと電解液の硫酸濃度が下がる＝電解液がより水の状態に近づく」と言ってよいでしょう。
電解液中の硫酸イオン（SO42－）が陰極板に取り込まれて水が発生するので、「放電を行うと電解液の硫酸濃度が下がる＝電解液がより水の状態に近づく」と言ってよいでしょう。
この現象を活用しているのが、鉛バッテリーの性能測定指標となる「電解液の比重測定」という手法です。
起電力や凍結温度などを考慮して、鉛バッテリーの性能を最も高い効率で引き出せるといわれている満充電時の電解液の比重は1.280です。
起電力や凍結温度などを考慮して、鉛バッテリーの性能を最も高い効率で引き出せるといわれている満充電時の電解液の比重は1.280です。
一般的な鉛バッテリーの電解液は、満充電時に電解液の比重がこの値になるように出荷されます。
そして、放電と充電を繰り返していくと、比重は徐々に低下します。
その時点における鉛バッテリーの性能を判断するためには、満充電にした後の電解液の比重を測定して、その値が1.280からどれくらい下がっているかを見ればよいわけです。
充電
一方、陽極板の硫酸鉛は、電解液中の水（H2O）と反応して酸化鉛に変化し、水素イオン（H＋）と硫酸イオンを放出します。
そして、両極板から放出された硫酸イオンと、陽極板から放出された水素イオンが結合して硫酸になります。
化学反応式は以下の通りです。
従って充電の場合は、負極表面の硫酸鉛Pが鉛Pbに戻り，正極表面の硫酸鉛が酸化鉛Pに戻ります。
PbSO4（陽極）＋2H2O＋PbSO4（陰極）⇒PbO2（陽極）＋2H2SO4＋Pb（陰極）
逆に，放電した鉛蓄電池を充電すると，電極の硫酸鉛が溶け出して，正極は本来の鉛Pbの灰色，負極は酸化鉛の褐色に戻ります．
しかし，充電が終期に近づくと以下の反応が併在します。
完全シールドバッテリー
正極： H2O→1／2O2＋2H＋＋2e－
負極： 2H＋＋2e－→H2
すなわち，電解液が水の電気分解によって減少します。
従って，従来は鉛式蓄電器では補水が必要でした。
しかし最近の、液補充が出来ないバッテリー（完全シールドバッテリー）では負極吸収反応機能を持っているため，通常の使用条件では電解液の減少はなく，補水の必要がありません。
充電終期に正極から発生した酸素ガス（O2）は負極活物質の海綿状鉛（Pb）と反応して硫酸鉛（PbSO4）と水（H2O）を生成します。
すなわち，正極での酸素ガスの発生によって失われた水が再生されたことになります。
また，硫酸鉛の生成により負極板は放電状態になるので，充電の電気エネルギーはこの硫酸鉛の還元に使用されるため負極からの水素ガス発生量も液式電池に比べて少なくなります。
バッテリー液のレベルは、使用する過程で少しずつ減少します。
正極： H2O→1/2O2＋2H＋＋2e－
負極： Pb＋1/2O2＋SO4＋2H→PbSO4＋H2O
PbSO4＋2e－→Pb＋SO42－
補充液を足すときは比重を確認
クルマやバイクに搭載される鉛バッテリーは、充電と放電のたびにガス（水素と酸素）が発生します。
少しずつ電解液（濃液硫酸を蒸留水で希釈したもので比重が1.26～1.28）中の蒸留水も蒸発します。
数ヶ月あるいは数年使用すると、バッテリー液のレベルが低下することで、蒸発していることを確認できます。
バッテリーのメンテナンスは、バッテリー液レベルの点検、と言われることが多いです。
しかし、実はそれほど簡単な話ではありません。
昨日まで元気にセルが回っていたのに、今日はなんだかおかしい、と言うことはよくありますが、その原因はメンテナンスであったり、バッテリー寿命であったりします。
バッテリーのメンテナンスでは、エンジンオイルのように、液を交換することはありません。
昨日まで元気にセルが回っていたのに、今日はなんだかおかしい、と言うことはよくありますが、その原因はメンテナンスであったり、バッテリー寿命であったりします。
バッテリーのメンテナンスでは、エンジンオイルのように、液を交換することはありません。
日常の確認は、せいぜいターミナルの締め付け具合や、接続状態、バッテリー固定ボルトの緩みを確認する程度です。
バッテリーのメンテナンスでよく言われてきたのが、バッテリーの液レベルです。
実は液レベルというときに重要なのは、電解液（蒸留水と濃硫酸の混合液）の硫酸分比率です。
バッテリーのメンテナンスでよく言われてきたのが、バッテリーの液レベルです。
実は液レベルというときに重要なのは、電解液（蒸留水と濃硫酸の混合液）の硫酸分比率です。
バッテリー液中の硫酸分比率は、つまり比重で判断できます。
大切なのはバッテリー液の比重であって、液レベルや量ではありません。
大切なのはバッテリー液の比重であって、液レベルや量ではありません。
比重のことは考えずに、バッテリーの液レベルが低下していたら、補充液(蒸留水など）をアッパーレベルまで補充注入するよう指示されていたようでした。
バッテリーメーカーの説明書には、未だにバッテリー液レベルについて、管理するよう指示しているものが多いです。
最近は、液補充が出来ないバッテリー（完全シールドバッテリー）の販売が多くなっており、それらにも液補充できる栓が付いている場合がありますが、液レベルがほとんど見えないケースが採用されています。
バッテリー液のレベルは、使用する過程で少しずつ減少します。
しかし、全ての電層で同じ量が減少するわけではありません。
バッテリー製造過程でのばらつきで、各電層間で発生電力の違いが出ます。
バッテリーを取り外して、充電すると各電層で泡の出方が違います。
泡の出る電層ほど液レベルの低下は早いです。
ここでバッテリーの液比重（つまり硫酸分）がどうなっているかを調べると、たいてい泡のよく出ている電層は、比重が低いです。
ここでバッテリーの液比重（つまり硫酸分）がどうなっているかを調べると、たいてい泡のよく出ている電層は、比重が低いです。
これは、硫酸分が極板から排出されてこないためであり、極板が劣化し始めていることを示しています。
ただし、ひとつの電層で、その部分に使われる極板の全ての部分で劣化しているわけではなく、部分的に劣化している状態です。
劣化は、最近よく評判になるサルフェーションと呼ばれる酸化した状態です。
このサルフェーションの中は、硫酸分が取り込まれた状態で、充電しても硫酸分を放出しないため、その電層の液比重は下がったままとなります。
このサルフェーションの中は、硫酸分が取り込まれた状態で、充電しても硫酸分を放出しないため、その電層の液比重は下がったままとなります。
さらに、充電時には、容量が少ない分だけ集中して電解液は反応し、液レベルはさらに低下する傾向となります。
しかし、劣化し始めている電層でも、充電によって、正しい比重（1.26～1.28の硫酸分）になるように機能します。
しかし、劣化し始めている電層でも、充電によって、正しい比重（1.26～1.28の硫酸分）になるように機能します。
それは、まだ正常に働ける部分があるからです。
従って、比重を正常にしてやることが必要になります。
しかし、バッテリーのメンテナンスでは、液レベルの管理が言われ、液レベルが低下している電層へ、補充液（蒸留水など）を入れてレベル合わせをしてしまうことが多いです。
しっかりと液レベルが合わせられた結果、電解液が薄められ、それまででも低下していた比重はさらに低下して、比重が下がって硫酸分は下がり、充放電出来ない領域まで追い込む結果を作り出してしまいます。
液レベルを無視して、そのまま使い続ければ、まだ数ヶ月は十分使用できたはずが、補充液（蒸留水など）を入れて、液レベルを合わせたがために、1カ月以内にバッテリーは使い物にならなくなるか、場合によっては数日でセルが回らなくなってしまいます。
しっかりと液レベルが合わせられた結果、電解液が薄められ、それまででも低下していた比重はさらに低下して、比重が下がって硫酸分は下がり、充放電出来ない領域まで追い込む結果を作り出してしまいます。
液レベルを無視して、そのまま使い続ければ、まだ数ヶ月は十分使用できたはずが、補充液（蒸留水など）を入れて、液レベルを合わせたがために、1カ月以内にバッテリーは使い物にならなくなるか、場合によっては数日でセルが回らなくなってしまいます。
バッテリー液で大切なのは、比重、つまり硫酸分であるので、どうしても液レベルを調整したいのなら、全ての電層で比重を見ながら、電解液を補充するのか、蒸留水を補充するのか見極める必要があります。
比重計や電解液、蒸留水を準備して、液を補充する作業はかなり手間が掛かります。
バッテリーの液レベルについては、ただ単に見るだけにとどめ、必要な性能を保った状態で、しっかりと使い切った方が賢明です。
バッテリーの液レベルについては、ただ単に見るだけにとどめ、必要な性能を保った状態で、しっかりと使い切った方が賢明です。
異常にバッテリーの液レベルが低下し、極板が露出しかかっているような電層を見つけたら、他の電層が正常でも、バッテリーの寿命と考え、できるだけ早いうちに交換した方が無難です。
