蓄電池
太陽光発電
パワーコンディショナ
エコキュート
IHクッキングヒーター
外壁塗装
ポータブル電源
鉛蓄電池の質量変化とは？劣化による重量減少のメカニズム解説
蓄電池の導入を検討する際、160年以上の歴史を持つ「鉛蓄電池」は、その安さと実績から依然として有力な選択肢の一つです。しかし、リチウムイオン電池に比べて「寿命が短い」「重い」といった特性があることも事実です。
実は、鉛蓄電池の寿命や劣化は、内部で繰り返される「劇的な質量変化（重さの移動）」と密接に関係していると言われています。電気を出し入れするたびに電極の重さが変わり、物理的なストレスが発生することで、電池は徐々に劣化していくのです。
この記事では、鉛蓄電池の内部で起きている質量変化のメカニズムを解説し、2025年の最新トレンド（補助金やリチウムイオンとの比較）を踏まえた賢い選び方をご紹介します。
目次
この記事の結論
- 鉛蓄電池は放電時に「液体の硫酸」を電極が取り込み、電極板の質量が増加・膨張する性質があります。
- この膨張と収縮の繰り返しにより「活物質の脱落」が起きることが、寿命を縮める主な物理的要因の一つです。
- 2025年の家庭用市場では、軽量・長寿命なリチウムイオン電池が主流ですが、初期コスト重視や寒冷地では鉛蓄電池も選択肢となります。
1. 鉛蓄電池の質量変化メカニズム｜なぜ重さが変わるのか？
この記事のポイント
- 放電中は、電解液が「水」に近づき（軽く）、電極は「硫酸鉛」になり（重く）ます。
- 理論上、負極板は約46%、正極板は約26%も質量が増加する計算になります。
- 比重計で充電状態がわかるのは、この質量移動の原理があるためです。
1-1. 放電＝液体から固体への質量移動
鉛蓄電池が電気を放出（放電）するとき、内部ではダイナミックな物質移動が起きています。化学反応式（Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O）に基づき、電子の移動に伴う質量変化を理論計算すると以下のようになります。
| 部位 | 反応前（満充電） | 反応後（放電時） | 質量の変化メカニズム |
|---|---|---|---|
| 負極板 | 鉛（Pb） | 硫酸鉛（PbSO4） | 電解液中の硫酸基（SO4）を取り込む ため、約46%質量が増加します。 |
| 正極板 | 二酸化鉛（PbO2） | 硫酸鉛（PbSO4） | 硫酸基を取り込み酸素を放出しますが、 差し引きで約26%質量が増加します。 |
| 電解液 | 希硫酸 | 水（H2O）が増加 | 重い硫酸成分が電極へ移動するため、 液体の比重（密度）が低下し軽くなります。 |
このように、放電とは「電解液中の重い成分が、電極板に移動して固体化する現象」と言えます。逆に充電時は、電極から硫酸が液中に戻り、電極は軽くなり、液は重く（比重が高く）なります。
1-2. 質量増加が招く「体積膨張」のリスク
質量が増えるということは、同時に体積も膨張することを意味します。生成される硫酸鉛の結晶は、元の鉛よりも体積が大きいため、放電のたびに電極板は膨らみ、充電すると縮みます。
この「呼吸」のような膨張・収縮の繰り返しが、電極に塗られた活物質（かつぶっしつ）の結合を徐々に緩ませ、最終的にボロボロと崩れ落ちる原因となります。これが鉛蓄電池特有の「物理的な寿命」の正体と考えられています。
あなたの家に最適な蓄電池を診断無料シミュレーションはこちら ▶
2. 質量変化と劣化・寿命の3大要因
この記事のポイント
- 「活物質の脱落（マッド化）」は、質量変化による物理的ストレスで発生します。
- 「減液」は、水の電気分解による質量の絶対的な損失です。
- サルフェーション（結晶化）は、質量が元に戻らなくなる現象です。
2-1. 活物質の脱落（シェディング）
前述の通り、電極の膨張・収縮に耐えきれなくなった活物質が剥がれ落ちると、電槽の底に泥のように堆積します（マッド化）。
これは電池として使える有効な質量が減ることを意味し、容量低下（バッテリーが弱る）に直結します。また、堆積物が極板下部に触れると「内部ショート」を起こし、バッテリーの故障を招くこともあります。
2-2. 電解液の減少（減液）
液式（開放型）の鉛蓄電池では、充電末期に水が電気分解され、酸素と水素のガスとなって外部へ放出されます。これは電池全体の質量が不可逆的に減る現象です。
液面が下がり極板が空気に触れると、その部分は酸化して劣化します。そのため、定期的に精製水を補充し、質量（液量）を管理するメンテナンスが重要です。
3. 2025年の蓄電池選び：鉛 vs リチウムイオン
この記事のポイント
- 鉛蓄電池は「重くて安い」、リチウムイオン電池は「軽くて長寿命」です。
- 重量エネルギー密度の差は歴然で、家庭用設置では床補強が必要になるケースも。
- 2025年の補助金（DR補助金等）は、鉛蓄電池が対象外になる場合が多い点に注意が必要です。
3-1. 重さ（重量エネルギー密度）の決定的違い
鉛は非常に重い金属ですが、リチウムは金属の中で最も軽量です。同じ10kWh程度の電気を貯めるためのシステム重量を比較すると、以下のような差が生じる傾向にあります。
| 比較項目 | 鉛蓄電池 | リチウムイオン電池 |
|---|---|---|
| システム重量 | 約300kg〜500kg 設置場所によっては床補強が必要に なる場合がある |
約80kg〜150kg 壁掛け（対応機種のみ）や簡易基礎で 設置可能 |
| 寿命（サイクル） | 500回〜1,500回程度 3〜5年で交換が必要な場合もある |
6,000回〜12,000回以上 15年以上使える設計が主流 |
| 2025年補助金 | 対象外のケースが多い DR補助金などはリチウム前提の 要件が多い |
多くの補助金が対象 国・自治体からの支援が手厚い |
3-2. 鉛蓄電池が選ばれる限られたシーン
一般家庭用としてはリチウムイオン電池が標準ですが、以下のような特定の用途では鉛蓄電池が選ばれることもあります。
- 初期コスト最優先：導入費用がリチウムイオンに比べて大幅に抑えられる場合があるため、短期的なバックアップ用として。
- 極寒冷地：リチウムイオン電池は氷点下での充電制御がシビアですが、鉛蓄電池は低温環境でも比較的安定して動作します。
- DIY・独立電源：構造が単純で扱いやすいため、オフグリッドシステムなどで利用されるケース。
リチウムと鉛、どちらが良い？セカンドオピニオンを依頼する（無料） ▶
4. まとめ
鉛蓄電池の充放電は、電極の質量が大きく変動し、体積が変わるという物理的な負荷を伴うプロセスです。この「重さの変化」こそが、安価で信頼性が高い反面、寿命が短くメンテナンスが必要という鉛蓄電池の特性を生んでいます。
2025年の家庭用蓄電池市場においては、長期的なコストパフォーマンス（TCO）や設置の容易さ、そして補助金の活用を考えると、リチウムイオン電池を選択するのが主流となっています。しかし、鉛蓄電池の特性を正しく理解していれば、特定の環境下で賢く活用することも可能です。
よくある質問（FAQ）
Q1. 鉛蓄電池の液が減るのは故障ですか？
Q2. 重いバッテリーほど性能が良いのですか？
Q3. 劣化した鉛蓄電池は復活できますか？
出典記事
関連記事
この記事の監修者
『お客様に寄り添うこと』をモットーに日々の業務に取り組んでおります。
太陽光発電の活用方法や蓄電池の導入などのご相談は年間2000件以上頂いており、真摯に問題解決に取り組んできました。
光熱費削減に関するお悩み等ございましたら、お気軽にご相談下さい。
光熱費削減コンサルタント
中田 萌ご相談やお見積もりは
完全無料です!
蓄電池の選び方
