前回のブログの続きです。
電池は酸化と還元 その２
まずリンクを貼ってしまおう、このリンクで学びました。
このリンクで続きの勉強をします。
電池の基本構成と充放電の原理
電池は2種類の金属と電解液から構成されます
電池は2種類の金属と電解液から構成。
- 電解液に溶けやすい金属
- 電解液に溶けにくい金属
- 電解液は金属を溶かす液
物質は原子から構成。
金属も原子の集合、原子核にある✙電荷と電子のマイナス電荷がつりあっている状態これが、電解液に溶けるとイオンという状態になる
イオンは原子核のプラス電荷に対して、電子のマイナス電荷が少ない状態
金属が電解液に溶けてイオンの状態となると同時に電子を生み出すため、
電気を発生させる
- イオン化傾向が大 ＝ 電極電位がよりマイナスである
- 2種類の金属の電極電位の差 ＝ 溶けやすさの差
- → 電池の電圧が定まる、これを「起電力」と呼ぶ
- より溶けやすい金属とより溶けにくい金属で電池を作れば高い電圧の電池を作ることができる。
参照：電池の基本構成と充放電の原理：知っておきたい 電池の仕組み（2）- EDN Japan
放電反応
電池の放電反応を、亜鉛と銅の金属を用いたダニエル電池で考えてみる
電解液に溶けやすい金属（亜鉛）を電解液に浸けると、亜鉛が電解液に溶けて、イオン状態になります。陽イオンは電子が少ない状態なので、電子が余ることになります。余った電子の逃げ場が無ければ、反応はすぐに止まってしまいますが、プラス極と電線がつながっていれば、電子が電線を通ってプラス極まで流れていくことができます。
一方、プラス極では、流れてきた電子と電極の周りにあるイオンが結びついて原子に戻る反応が起こります。電極の周りには銅イオンが存在し、電子と結合し、金属となります。
ダニエル電池では、プラス極の周りに銅イオンがあるので、銅が析出しましたが、ボルタ電池では、水素イオンしか存在しないので水素ガスが発生します。水素ガス（水素分子）も原子の集まりなので、同じような反応となるわけです。よって金属が溶けるというのはガスが溶け込む、金属が析出するというのはガスが発生するということと同じ意味になります。
充電反応
電池を放電していくとマイナス極である溶けやすい金属が溶けていくので、次第に電極の金属がなくなってしまい、金属が全部溶けてしまうと反応できなくなってしまいます。
一次電池では、ここで電池を交換するしかありませんが、二次電池では、充電することで元の状態に戻すことができます。元に戻すためには、逆向きに電流を流します。そうすると、プラス極で金属が溶けてイオンとなり、マイナス極でイオンが金属となって析出します。
ここで、プラス極は溶けにくい金属、マイナス極は溶けやすい金属なので、溶けにくい金属を溶かし、溶けやすい金属を元に戻すという、自然には起こらない反応を起こさなければなりません。よって、無理やりに電流を流すために、充電にはエネルギーが必要になるというわけです。
酸化反応と還元反応
実際の電池では、金属が溶ける、析出するという単純なものだけではありません。例えば、鉛電池の放電時のプラス極は、金属が析出するのではなく、酸化鉛が溶けて鉛イオンとなります。これは、酸化鉛中の鉛は、もともと電子が4つ少ないイオンの状態であり、電子を結合しても電子が2つ少ないイオンのままであるためです。
このように、電池の反応の形態はさまざまですが、金属やイオンの状態は関係なく、電子のやりとりだけを注目すれば良いことになります。
つまり、放電時は、マイナス極では電子を与える反応（これを酸化反応という）、プラス極では電子を受ける反応（これを還元反応という）、充電時はそれぞれその逆の反応が起こることになります。
リンク 見た方が早いよね 👇
まとめ表もあって、リンクに飛んで学んだ方が絶対に理解度あがると思います♪
ほぼ丸々使わせてもらいました、EDN Japanさん、ありがとうございました。
