化学

電池の中でどんな化学反応が起きているの?現役理系大学生ライターが詳しく解説

一次電池の種類って?

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一次電池でよく問題に出てくるものは、ボルタ電池、ダニエル電池、マンガン電池ですね。

二次電池の場合は、鉛蓄電池を理解していれば問題ないでしょう。

また、先ほど述べたように、燃料電池は水素と酸素を利用したものがよく出てきます。

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ダニエル電池を一次電池に分類したが、実はダニエル電池を充電することは理論的には可能だ。しかし、実用的には充電が難しいので、今回は一次電池に分類した。

ボルタ電池について

ボルタ電池で起きている化学反応を見てみましょう。

ボルタ電池で使われている電極は亜鉛版と銅板で、電解質は希硫酸だから、イオン化傾向の大きい亜鉛の方が負極になり、小さい方の銅が正極になりますね。また、水素と亜鉛のイオン化傾向を比べると水素の方が小さいので、水素が発生します。

負極 Zn→Zn2++2e-

正極 2H++2e-→H2

という反応がそれぞれの電極で起きていて、正極と負極で起きている反応を合わせて考えてみると、

Zn+2H+→Zn2++H2

このH+は希硫酸由来だからボルタ電池の化学反応式は、

Zn+H2SO4→ZnSO4+H2

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ボルタ電池は、正極に水素が発生して気泡が電極に付着してしまうため、分極といって起電力が急激に下がってしまう現象が起きるぞ。

ダニエル電池について

ダニエル電池は正極の電極が亜鉛版で電解質が硫酸亜鉛水溶液であるのに対し、負極の電極が銅板で電解質が硫酸銅水溶液なんですね。ここで、電解質が混じり合わないように、イオンだけが行き来できる素焼き板を使って仕切られています。

ダニエル電池で起きている反応は

負極 Zn→Zn2++2e-

正極 Cu2++2e-→Cu

正極と負極で起きている反応を合わせると、

Zn+Cu2+→Zn2++Cu

Cu2+は硫酸銅由来なので、ダニエル電池で起きている化学反応式は

Zn+CuSO4→ZnSO4+Cu

マンガン電池について

マンガン電池は、みなさんが日常で一番使っているマンガン乾電池に利用されています。マンガン電池で起きている化学反応は少し複雑なので、活物質とだけ覚えておきましょう。

正極活物質 MnO2

負極活物質 Zn

マンガン電池についてこれ以上聞かれることは滅多にないので安心してください。

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