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教育状況公表
令和4年5月28日
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令和4年5月28日
| 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+aq||Cu2+aq|Cu | 正極活物質と負極活物質が分離。集電体は反応系を兼用 | |
| 一次電池 | 乾電池 * | Zn|NH4Claq|MnO2,C|C | 負極活物質の 亜鉛は両性金属なので、アルカリに溶けてしまう。 |
| 1950 アルカリ乾電池 | Zn | KOHaq | MnO2,C | Ni | ||
| 1970 リチウム電池 | Li | LiClO4,PC | MnO2,C | SUS304 | ||
| 二次電池 | 1991 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。 |
電池の起電力はどこから来るのか。それは界面電位差でした。横軸に距離、縦軸に電位をとったグラフを電位プロファイルと言います。電位は場所の関数なので、それをどこかの軸に沿って断面を見たグラフと言っていいでしょう。
イオン化傾向の大きな物質と、小さな物質の組み合わせです。
| 電池式 | Zn | ZnSO4aq || CuSO4aq | Cu |
| 負極 反応 | Zn2+ + 2e- ← Zn Eº = -0.7626V |
| 正極 反応 | Cu2+ + 2e- → Cu Eº = 0.34V |
| 全反応 | Zn +Cu2+ → Zn2+ + Cu |
| 起電力 | e.m.f. = 1.1026V |
正極内部抵抗から見るリチウムイオン二次電池正極材料の最適な組み合わせ,,山形大学 工学部 物質化学工学科 卒業論文.
学生実験： 電池の起電力,,山形大学 工学部 物質化学工学科 シラバス.
| 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 |
| 理論容量 （ 電力原単位 ） | 224.0mAh/g |
| 理論重量エネルギー密度 | 336.0mWh/g |
| 形状・寸法 | 円筒（AM3、AM4）、ボタン（LR44） |
| 用途 | リモコン、電動ハブラシ、玩具、懐中電灯、時計 |
1950ぐらいから。
反応は可逆でも、形状が可逆とは限らない。特に負極に金属を使っている場合、放電して腐食溶解した負極が、充電によって完全に元の形状に戻ることはまずない。 少しでも形状変化を小さくするために、電池活物質には固体材料が使われることが多い。
リチウム電池を二次電池化するには、負極の充電時の形状変化を可逆にする必要がありました。 放電時に金属リチウムがリチウムイオンとして電解液に溶解すると、 充電時に元の形状に戻るとは限りません。 そこで、炭素のインターカレーション反応を利用し、負極反応を固相反応とすることで、 負極の充電時の形状変化の可逆性を実現しました。
リチウムイオン二次電池 では、 正極活物質も 負極活物質も、 固相反応にすることでカタチが変形を最小限にしています。 しかし、反応生成物の化学組成が違う以上、密度が変化するので、カタチの変形から逃れることはできません。 カタチの変形によって、固体と固体の 接触状態が変わるため、 電池の内部抵抗の増大の原因になります。
| 電池式 |
組み立て後：Cu|C|LiPF6 EC+DEC|LiCoO2,C|Al 充電後：Cu|C6Li|LiPF6 EC+DEC|□CoO2,C|Al |
| 負極 反応 | 6C+Li++e-←C6Li Eº = -3V |
| 正極 反応 | LiCoO2←Li++e-+CoO2 Eº = 0.7V |
| 全反応 | |
| 起電力/V | 3.7 |
|
理論重量容量密度
（ 理論容量 ・ 電力原単位 ） /mAh/g |
157.7mAh/g |
|
理論重量エネルギー密度 /mWh/g |
583.5 |
| 形状・寸法 | 円筒型 、ラミネート型 |
| 用途 | 住宅、 自動車、 スマホ |
リチウム電池の仕組み はどうなっているのでしょうか？
電池 ＠Ｃ１卒業研究リチウムイオン電池は、組み立てた直後は、放電できない。 初期充電して、材料を活物質に電解合成しないと放電できないのだ。
「椅子を高く持ち上げたときに消費するエネルギーは、椅子の位置エネルギーに時間をかけて求めることができる」はほんとうか？? 問
銅の電解精錬に使う電力は何のためか？それを節電するにはどうしたらいいか？注意すべき点は何か？? 問
