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電池の原理を知りましょう!ここにもイオンが活躍しています

この記事の所要時間: 349

災害時のために備えておくべきですが、最近電池を見なくなりました。
スマホ中心の生活になると、乾電池は何に使っているでしょうか?
とはいえリチウム電池が内蔵されていますよ。
電池の原理を知っておくと、いつか役に立つかもしれません。

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電池の歴史

電球を発明したのはエジソンかもしれません。
では電池を発明したのは誰でしょうか?
電圧の単位にもなっている、イタリアの物理学者ボルタです。

1799年、電気の流れを生み出すことに成功しました。
しかし1791年、イタリアの医師カルバニが似た原理のものを作っています。
とはいえボルタ電池の方が正論に近いとされています。
なおカルバニ電池は、1836年にイギリスの化学者ダニエルによって
原理を採用したダニエル電池に生かされています。
ちなみに乾電池ができたのは1887年。
アルカリ電池の開発は1959年、リチウムイオン電池は1985年、
そして現在に至っています。

一次電池とは

電池には、一次電池二次電池があります。
一次電池とは、いわゆる使い捨ての乾電池です。
二次電池は、充電して繰り返し使える電池です。

充電をする際は、必ず専用の充電機を使用しましょう。
なお一次電池を充電する特別の機械はありますが、
ショートして過熱することがあるので
素人がやってはいけません。

電池の原理

2種類の異なる金属板を電線でつなげると、
プラスイオンになりやすい金属板から電子が放出され、
なりにくい方の金属板へ電子が流れます。
これがいわゆる電流です。
この流れを継続できるようにしたものが、電池です。
しかし電池の中では、プラス極とマイナス極が直接つながっていません。
2つの金属板の間には、電解質の液体があります。
この電解質液の中にイオンの形で電気が蓄えられてます。
そのためイオンが少なくなると「電池がなくなった」状態になります。
なお正確には、電子はマイナス極からプラス極へ流れます。
ただし慣例として、電流はプラス極からマイナス極に流れる!
紛らわしいですが混乱しないように注意しましょう。

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乾電池とは

電池の中に液体があると持ち運びが面倒ですね。
しかしそれは車のバッテリーをイメージすると良いでしょう。
一方電解質液を特殊な物質などでペースト状にします。
すると「乾いた」状態になるため、これを乾電池と呼んでいます。

なお乾電池のパッケージにある注意書きを読むと、
「誤った使い方をすると液漏れすることがあります」
などと記載されています。これは電解質液がにじみ出ることです。
使わない電化製品に長期間電池を入れっぱなしにしていると、
白い粉が噴いたり、べとべとしてきます。
これが液漏れです。気を付けましょう。

どんな金属板を使うのか

使う金属板によって、電圧が変わります。
プラスイオンになりやすい金属と、なりにくい金属を用いますが、
プラスイオンへのなりやすさは、イオン化傾向と呼ばれます。
貸そうかな、まああてにすなひどすぎる借金
K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
高校の化学で暗記した記憶がある人も多いはずです。
この並びをイオン化列とも呼びます。
最近はカリウム(K)よりもプラスイオンになりやすい
リチウム(Li)を利用したリチウム電池があります。
通常の乾電池であるマンガン電池の電圧は1.5ボルトですが、
リチウム電池は3ボルトあります。
ちなみに鉛(Pb)を使っている車のバッテリーは2ボルトです。

電解質液に何を使うか

電解質液に何を使うか、これも案外重要です。
ボルタ電池では希硫酸を使いました。
車のバッテリー液も硫酸ですね。
またダニエル電池では、硫酸亜鉛硫酸銅を使います。
マンガン乾電池の中は、塩化亜鉛塩化アンモニウムです。
リチウム電池では、有機溶媒などが使われています。

電池は化学が詰まっている

電池は特売商品としても重宝されています。
レジ近くにあるので、ついついカゴに入れてしまいます。
とはいえ電池には化学が詰まっています。
危険なのでやってはいけませんが、
電池を分解すると、
化学が見えてくるかもしれません。

<イオン関連の記事>
 ・夏休みに克服しよう!イオンとは何か?中学校理科の難題です
 ・元素の周期表を理解すれば化学がよくわかります
 ・いまさら聞けない?酸性やアルカリ性とは何ですか

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たくと
たくと
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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