電気エネルギーと物質～電池の系譜～

山形大学理工学研究科（工学系）物質化学工学専攻仁科辰夫・立花和宏

電気化学特論

syllabus 56339 4-211 C1

電池の歴史

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。

ガルバーニ電池
ボルタ電堆
ダニエル電池

電気化学で登場したのを覚えているでしょうか？学生実験にも登場しました。エジソンの蓄音機にも使われた電池です。

Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu ( * )

小野寺伸也, 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 ,2013,山形大学工学部物質化学工学科卒業論文.
伊藤智博,学生実験：電池の起電力 ,2017,山形大学工学部物質化学工学科シラバス.

電気化学：セルの組立―電池式の書き方と電極の呼び方―

ガスナー電池

リチウム電池

もしダニエル電池を充電したら

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。

リチウムイオン二次電池

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
立花研究室（要認証）