④ ◇ 電気エネルギーと物質～電池の系譜～

電池は、化学エネルギーを 電気エネルギーに変換します。

イタリアの解剖学者Lugi Galvani(1737-1798)は、蛙の解剖に端を発した二つの異種金属を接触させたときに流れる電流を動物電気と称した(1979)。 この現象は直ちに同国のAlessandoro Count Volta(1745-1827)により追試され、ボルタの電堆として実証された（1800年3月）。 Galvaniの業績をたたえてこの種の電池を ガルバニ電池と呼んでいる。

小沢昭弥ら、 現代の電気化学 ^{6 )}

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。

電池から電流を取り出すことを放電と言います。 充電できる電池を二次電池または蓄電池と言います。 ^{7 )}

今日、実用電池と呼ばれるもののほとんどが、 正極活物質には金属酸化物を、 負極活物質 に亜鉛を用いていること、電解液には アルカリ溶液（KOH）を用いること、 電池の名称に正極活物質の金属名を利用していることなどがわかる。 ^{8 )}

鉛電池（Pb酸）はこれまで二次電池の主役を果たしてきた。その最大の理由は電池構成材料コストの低廉さにある。 ^{9 )}

© K.Tachibana

セパレータが採用されています。 エジソンの蓄音機にも使われた歴史的な電池です ^{10 )} 。

起電力は、電解液中の亜鉛イオンと銅イオンの活量が１であるとしたときの起電力です。 関与する化学種の活量を全て１としたとき、起電力は、酸化還元電位の差になります。

ガルバーニ電池、 ボルタ電堆、 ダニエル電池と発展します。

ダニエル電池では、正極も負極もカタチが変形するのです。 しかも、カタチの変形が可逆でないのです。 可逆でないカタチの変形は、充電式電池（二次電池）にとって、致命的です。

起電力は 20℃において 1.01866V です。1990年まで、 電圧基準として使われました。

起電力は約1Ｖ ※ 実量器

米沢高等工業学校本館に 展示されています。

かつて電圧の 測定標準 ^{12 )} として、 ウエストン電池 ^{13 )} などが使われました。 半導体が使われるようになり 定電圧源 として利用できます。

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。

電池式 ： アノード (-) Cu | C₆Li_x | LiPF₆/EC+DEC | Li_1-xCoO₂ , C | Al (+) カソード

※充電式電池では、充電時にカソードとアノードが入れ替わります。

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。

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。

◇ 参考文献