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無機工業化学 戻る 進む 別窓で開く

13. 電池がなくなったら―生活に役立つ工業製品を作ろう―

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  伊藤智博


エネルギーと ネットがつながりつつあります。 電池物質とエネルギーを橋渡しするものだとすれば、 ネットは情報を橋渡しするものです。

情報網電力網をあわせたスマートグリッド構想が進んでいます。限りある資源を賢く使う時代です。


マッチとロウソク

廃れてゆく技術がある。マッチと銀塩写真は無機工業化学の最高傑作であったが、その歴史は幕を閉じたと言っていい。

原始的な火起こしに挑戦
燧石
2分で出来る。天ぷら油ランプの作り方
THE MAKING (264)ろうそくができるまで
THE MAKING (93)電球ができるまで
マッチクラブ解散 マッチコレクション 日東社

電池と 日用品


電池の状態
日用品 電池 、センサー 介護とロボット IoT

エネルギー変換特論 電気エネルギーと物質~電池の系譜~

 電池の種類
電池 電池式 性質や特色
歴史的電池 ガルバノ電池
(ボルタ電堆)
Zn|H2SO4aq|Cu 銅は単なる集電体。正極活物質は酸素。
ダニエル電池 Zn|Zn2+||Cu2+|Cu
一次電池 乾電池 * Zn|MnO2 負極活物質亜鉛は両性金属なので、アルカリに溶けてしまう。
リチウム電池
二次電池 リチウムイオン電池
鉛電池 鉛は両性金属だが、硫酸には溶けない。
ニカド電池 * Cd|Cd(OH)2|KOH aq|NiOOH 亜鉛と違って カドミウムは両性金属でないのでアルカリに溶けない。
ニッケル水素電池 MH|KOH aq|NiOOH 水素吸蔵合金はアルカリに溶けない。
エネルギー化学特論 無機工業化学 エネルギー化学

懐中電灯やラジオだけでなく、スマホの充電用に 災害向けのポータブル電池もあります。

JVC災害用電池
アルカリマンガン乾電池の放電
電池式 Zn | KOH | MnO2 , C | Ni
カソード 反応(正極) 2MnO2+ 2H2O+ 2e- → 2MnOOH+2OH-Eº = 0.215V
アノード 反応(負極) Zn(OH4)2- +2e- ← Zn+4OH-Eº = -1.285V
全反応 2MnO2+ Zn+ 2H2O+ 2OH- → 2MnOOH+ Zn(OH4)2-
電池の起電力 Eº = 1.5V
化学実験Ⅰ エネルギー化学 無機工業化学

電池工業会電池の歴史


物質化学工学実験Ⅱ 二酸化マンガンの還元(アルカリ乾電池)
ピカッとさいえんす 宇宙へ行った電池

IoT 活用の アマゾン ダッシュボタン 出典: スマショップ通信:日用品通販の節約・便利メディア
乾電池 を利用する自動ディスペンサー 出典: ミューズ

乾電池は酸化マンガン(Ⅳ)と 炭素材料の粉末をペースト化して正極合材とし、亜鉛缶に詰める。そこに集電体の炭素棒を突き刺す。 リチウムイオン電池は、アルミニウムの集電体にコバルト酸リチウムと炭素材料の粉末を合材 スラリーにして塗布・乾燥し、正極とする。 電池の製造には、材料ばかりでなく、混合、塗布、乾燥などの技術が必要となる。

リチウム電池 マモリオは位置情報を使ってなくし物をなくす( 出典: mamorio

山下正通、小沢昭弥 現代の電気化学 電池とエネルギー , 丸善, , (2012).


二次電池とキャパシタ

二次電池には鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池などがある。

鉛電池を使ったUPS (出典:オムロン
鉛電池の構造 (出典:日立化成

鉛電池は自動車やフォークリフト、UPSなどに広く利用されている。鉛電池は リサイクルが進んでいる電池です。 自動車のバッテリーの電圧モニタリングしてみよう。

コンパクトソーラーライト(生産終了) (出典:パナソニック

太陽電池で発電した電池はどこかにためる必要がある。 ニッケル水素電池は充電式電池として広く利用されている。 東日本大震災で売り出されたソーラーライトは、生産終了してしまった。 それはどのような理由が考えられるか?

1000mAhのお手軽モデルに充填されている 水酸化ニッケルは何グラムか?


野村正勝・鈴鹿輝男 最新工業化学 ―持続的社会に向けて― 第3章 講談社サイエンティフィク

音楽プレーヤーを支える材料

  1 スピーカー
項目圧電スピーカーダイナミックスピーカー
発音材料 圧電体 セラミックス 磁性体(金属)
用途 スマホ、PC スマートスピーカー
歴史 昭和高度成長期 平成(スマホ)、昭和(イヤホン)
13.無機工業化学 13.情報処理概論

圧電体(最新工業化学p.26)や磁性体(最新工業化学p.26)は、圧電スピーカー、 フィルムスピーカー、 平面スピーカー、 クリスタルイヤホン、 ダイナミックスピーカー、などの音響デバイスに応用されています。

ダイナミックスピーカーは、音響単独ではなく、スマートスピーカーやスマートディスプレイ、リモート会議システムなどで応用されることが多くなりました。

オンキヨー上場廃止で「オーディオ御三家」消滅…80年代にはミニコンポの大流行も
平常演習 Web Class

音楽を作り出す材料を調べよう


介護とロボット


IoTとAI

SDGs 気候変動に具体的な対策を
立花研究室(要認証)
無機工業化学
  1. 明治43年、旧米沢高等工業学校の設立―産業革命と化学工業の歴史―
  2. 1000気圧が生み出す肥料と食料―酸・アルカリ工業と水資源―
  3. 3ボルトが生み出す洗剤と水素―電気化学工業―
  4. 1500℃が作る東京スカイツリー―鉄鋼―
  5. 1000℃、4Vが作る新幹線―非鉄金属―
  6. 3000℃が作る航空部材―窯業―
  7. ひとり毎日1キログラムの廃棄物―資源と環境とサプライチェーン―
  8. 太陽がくれた1キロワット毎平米―エネルギープラント―
  9. トイレットペーパーがなくなったら?-パルプ、紙、繊維―
  10. 自動車がなくなったら―目指せカーボンニュートラル―
  11. マンガ本がなくなったら―印刷技術と半導体―
  12. スマホがなくなったら―インターネットと光と音―
  13. 電池がなくなったら―生活に役立つ工業製品を作ろう―
  14. 食べ物がなくなったら―環境、持続可能な社会に向けて―
  15. ヒトはなぜモノを作らねばならないのか?-ひとりひとりの幸せを大切にするために-