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電池の種類としくみ

化学電池には、充電できない一次電池と充電できる二次電池があります。

1. 一次電池の原理

ここでは代表的なボルタ電池について説明します。
銅板(Cu)と亜鉛板(Zn)を希硫酸(\displaystyle \rm H_2SO_4)の溶液中に置き、これを導線で接続すると、亜鉛の方が銅よりイオン化傾向が強いので、亜鉛は溶けて陽イオンとなり、亜鉛板に電子\displaystyle 2e^-が残ります。
この電子が導線を通して銅板の方へ移動し、電子は希硫酸中の水素イオンと結合して、銅板上に水素を発生します。
このように電子の流れができ、電子の流れと電流の流れは向きが逆なので、銅板が正極、亜鉛板が負極の電池となります。
亜鉛板、銅板それぞれの反応式は次の通りです。

亜鉛板:\displaystyle \rm Z_n = Z_n^{2+} + 2\it e^-
銅板:\displaystyle \rm 2H^+ + 2\it e^- \rm = H_2

2. 二次電池の原理

ここでは代表的な鉛蓄電池について説明します。
正極の酸化鉛(\displaystyle \rm PbO_2)と負極の鉛(Pb)を導線でつなぎます。
放電の場合は、負極で電子を失う酸化反応、正極では電子を受け取る還元反応が起こります。このときは正極と負極に硫酸鉛を生じ、電解液の中に水を生じます。
このときの反応式は次の通りです。

\displaystyle \rm PbO_2 + 2H_2SO_4 + Pb\displaystyle \rm PbSO_4 + 2H_2O + PbSO_4

充電の場合は、放電と逆になりますので、正極で酸化反応、負極で還元反応が起こります。

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カテゴリー: 合格レシピ:機械
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