2013年8月02日AM11時57分更新

乾電池が電気を生み出す仕組み


電池

私たちがよく使う乾電池は化学反応によって電気を作りますので、化学電池と呼ばれています。

ボルタが発明した電池

電池はイタリアのボルタによって1800年に発明されました。ボルタは電池の電極素材として亜鉛板と銅板を、水溶液にはうすい硫酸を使用したとされています。

亜鉛板と銅板の一端を電線でつなげ、一端をうすい硫酸に浸します。硫酸は金属を溶かしますが、亜鉛と銅では亜鉛の方がイオン化しやすい金属(イオン化傾向)です。この場合では硫酸に先に溶け出すのが亜鉛という理解で構いません。亜鉛は硫酸に溶けるとき亜鉛板に電子を置いていきます。そしてこの電子が導線を通じて銅板に到達します。これは亜鉛板と銅板に電位差が発生する為です。

硫酸の化学式はH2SO4ですが、水溶液としては硫酸イオン(SO4-2)と水素イオン(H+)として存在しています。銅板にたどり着いた電子は水溶液の水水素イオン(H+)に電子を与えることになり、銅板表面には水素(泡粒がでます)が発生します。

電池の仕組み

ボルタの電池では電子が亜鉛側から流れることになりますので、亜鉛板がマイナス極ということになります。電極にする金属どうしを比べた場合、イオン化傾向が高い金属がマイナス極となります。同じ金属を使った場合は電子の動きは生まれないので電気は発生しません。

このようにして、化学反応により電子の動きがうまれることで電気が発生するのが電池の仕組みです。

アルカリ乾電池の仕組み

基本的に乾電池はボルタの電池の仕組みと変わりません。アルカリ乾電池に限らず、乾電池の「乾」は水溶液(ボルタの電池でいうところの硫酸)を紙や不織布などに染み込ませて固体的に使用していることや、マイナス極側の物質と水溶液と混ぜ合わせペースト状にしていること、つまり「半乾きの状態」であることに由来します。

アルカリ乾電池ではマイナス極に亜鉛粉、プラス極に二酸化マンガンを使用しています。亜鉛を粉にするのは表面積を増やし反応を高める狙いがあります。水溶液には水酸化カリウムが使われています。アルカリ乾電池は水酸化カリウムが強アルカリ性を持っている事が名称の由来となっています。

アルカリ電池の仕組み

セパレーターにはプラス極とマイナス極を隔てるとともに水溶液(水酸化カリウム)が染み込ませてあります。これによりセパレーターの内側にある亜鉛粉(この粉にも水酸化カリウムが混ぜられている)が水酸化カリウムに溶け出してして電子が生まれ(イオン化)集電棒を通してマイナス極に集まります。あとは電池の両極が何らかの導線でつながれれば、セパレーターの外側にある二酸化マンガンに電子が移動することになり、電気が生まれることになります。