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令和8年3月11日 (水)

🖱セルとセル定数

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セルとセル定数
制御と結果
方位角:
仰俯角:
電極間距離d /cm :
電極面積S /cm2
セル定数 a/m-1 1
導電率 σ/S/m 1
電気抵抗R /Ω 1

セルとセル定数

  1 102 セルとセル定数
©K.Tachibana

物質に電気を流すには、 電極を少なくともふたつ取り付けなくてはいけません。 電極ふたつに電解質の加えた 電気化学の三要素を備えた最小の一組を、セルと呼びます。 電解槽、電気化学セル、電池などセルと言います。 セルは電気エネルギーを使った反応器です。

セルには細胞という意味もあります。

ひとつあるいは複数のセルを直列につないで電気と取り出すひとかたまりとした場合の電池は、バッテリーと呼びます。

セルには寸法があります。 セルの寸法でうち大切なふたつは、電極面積と電極間距離です。 電極面積と電極間距離の比をセル定数と言いますが、実際のセルでは複雑なカタチをしているので、セル定数を実験的に定めることが多いです。 また電極面積も、電極表面に微細な凹凸があったりすると、真の電極面積とみかけの電極面積が異なります。 真の電極面積とみかけの電極面積の比を、拡面倍率と呼んだりします。

導電率 などを測定するセルでは、白金黒(こく)などで電極表面で加工して、拡面倍率を大きくして、電極表面インピーダンスを小さくして、導電率測定の精度を向上させます。

平行平板電極であれば、
セル定数a=電極間距離d÷セル断面積S
です。 一般的には、導電率既知のKCl溶液などを使って、セル定数を較正します。

コンダクタンス=導電率
電気抵抗=抵抗率×長さ÷電極面積

導電率の測定では、 セル定数が必要です。


  2 303
平行平板電極の間の等電位線
© K.Tachibana

等電位線(等電位面)は、平面上(空間中)の電位の等しい点をつないだ線(面)です。 等電位線は、気象の天気図の等圧線、地図の等高線と同じ概念と思ってさしつかえありません。

大きな平行板電極を小間隔で向かい合わせると、電界の強さおよびその方向が、均一になります。 これを平等電界と言います。 でも、板の端の部分では電界が両電極板の外側に出る形になり平等電界ではなくなります。 この現象を端効果たんこうか(縁効果えんこうか)と言います。 https://em.ten-navi.com/dictionary/1763/


  1   セル定数 に関わる 物理量バルク の 材料 物性
物理量 単位 凡例
電極間距離 d mメートル 電界の強さ=電圧÷電極間距離
セル断面積 S へいほうメートル 拡面倍率1で、平板モデルのとき電極面積≒セル断面積
電極面積 A へいほうメートル 実験室でよく使う旗型電極の電極面積は 1cm²
セル定数 a 1/mまいメートル セル定数a=電極間距離d÷セル断面積S
コンダクタンス G 導電率 σ ÷セル定数
電気抵抗=抵抗率ρ×セル定数a
バルク電流密度j A/m2 バルク 電流密度 j 電流I÷セル断面積
界面電流密度j A/m2 界面 電流密度 j 電流I÷電極面積
電界の強さe V/m 電界の強さe電圧V÷電極間距離
🖱セルとセル定数

セル定数

  3 セル定数
© K.Tachibana * , C1 Lab.

コンダクタンスは面積に比例し、長さに反比例するので、 導電率既知の 標準溶液を使って、セル定数を求め、そのセル定数と コンダクタンスから 導電率を求めます。

25 セル定数 71 送電線の損失を計算しよう 234 共有結合の黒鉛が電気を流す理由を考えよう Fig セル定数

銅クーロメーターによる電気量の測定

  4 銅クーロメーターによる 電気量の測定
© K.Tachibana * , C1 Lab.
電池式 アノード ( + ) Cu | Cu2+ | Cu ( - ) カソード

物質量n〔mol〕と 電気量n〔C〕 は比例します。これを ファラデーの電気分解の法則と言います。 比例定数はファラデー定数F=96485.3415〔C/mol〕です。 定義定数です。 工業的には、ファラデー定数F=26.801〔Ah/mol〕 をよく使います。

電気の 標準 は電流で定義されます 2 )

ファラデーの法則を使って電気量を測る装置を クーロメーターと言います 3 ) 銀クーロメーター 4 ) 、 1936年の レイリー型電流天秤 5 ) を経て、現在の電気基準になりました。 産業界では、実用上、ツェナダイオード電圧標準器と標準抵抗器を 標準 としています。


アルミニウム溶融電解セル

  5 アルミニウム溶融電解セル( モノポーラ
© 2009 K.Tachibana

電解槽は、電気エネルギーを使った 反応器です。アノード、カソードの電極を備え、それぞれで酸化反応、還元反応を進行させます。

この「アルミニウム電解槽」は、昭和電工(株)大町工場に設置され 6 ) 、 昭和9年(1934年)1月11日、国産初の「アルミニウム」を生産したわが国最初の 「電解槽」 を、 当時のままに実物大に再生したものです。 大町市は、この 「電解槽」 から生産された国産アルミニウムにより、「アルミニウム発祥の地」の栄誉を、永遠に記録されることとなりました。

7 ) 8 )

2014/3/14日 日本軽金属はアルミニウム製錬事業から撤退すると発表した。 9 ) 10 )


セルの例
©Shiraya

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AB(スラリー)|スチーブンサイト2wt%/水分散液|AB(スラリー)
©H.Tanabe
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/auth/54299/2020_R02/tka23723/ondo/20200709/20200709.html


たかしセル

  6 たかしセル
© 2021 S.Takahashi , C1 Lab.

髙橋俊亮の開発した セル

11 )

岡村陸矢の修士論文では、バインダーフリーセルとして電池の内部抵抗の評価に使われています 12 ) 秋葉章太の卒業論文では、カーボンナノチューブの評価に使われています 13 ) 。 石川翔一の卒業論文では、活物質の粉体評価に使われています 14 )


ラミネートセルの組み立て

  7 ラミネートセルの組み立て
© R.Okamura, C1

図にラミネート セルの外観 写真を示す。 15 ) slide


参考文献


QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52255/_05/cell.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
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🏫 学問の自由 は、心の自由。 大学では、精神は自由であらねばならない。(松木健三)
📆 20251028 明日からやろう!インピーダンス測定・解析
名称:C1ラボラトリー
URL:🔗 https://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/
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C1ラボラトリー ( 伊藤智博立花和宏 ) @ 米沢

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