電池
カワウソ先生燃料電池は水の電気分解の逆、という一言で反応式を丸ごと覚えられるよ。
30秒でつかむ
- 使い切りの一次電池と、充電してくり返し使える二次電池があり、鉛蓄電池やリチウムイオン電池が二次電池の例である。
- 燃料電池は水素(新しいタブで開きます)と酸素(新しいタブで開きます)を反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、生成物(新しいタブで開きます)は水だけである。
- 燃料電池の反応2H₂+O₂→2H₂Oは、水の電気分解2H₂O→2H₂+O₂のちょうど逆の反応にあたる。
詳しく
一次電池と二次電池
使うと電圧が低下し、もとに戻せずに使い切りになる電池を一次電池という。マンガン乾電池やアルカリ乾電池が代表的な一次電池である。
外部から電流を流すことで、使い切った後も充電してくり返し使える電池を二次電池という。鉛蓄電池やリチウムイオン電池が代表的な二次電池で、自動車のバッテリーやスマートフォンなどに使われている。
二次電池は、使うとき(放電(新しいタブで開きます))とは逆の方向に電流を流すことで、電極の物質を反応前の状態に戻すことができる。そのため、化学電池(新しいタブで開きます)としての反応を何度もくり返して利用できる。
燃料電池のしくみ
燃料電池は、水素と酸素を反応させることで、化学エネルギーをそのまま電気エネルギーへ変える装置である。水素を-極側、酸素を+極側に供給し、電解質(新しいタブで開きます)を通して反応させることで電流を取り出す。
燃料電池で起きている反応は、2H₂+O₂→2H₂Oで表され、生成物は水だけである。これは、水に電流を流して水素と酸素に分ける水の電気分解(新しいタブで開きます)(2H₂O→2H₂+O₂)とちょうど逆の反応にあたる。
燃料電池は、二酸化炭素などの排出(新しいタブで開きます)物を出さずに電気エネルギーを取り出せるため、自動車の動力源や家庭用の発電装置などに利用が広がっている。
日常生活で使われる電池
日常生活では、目的に応じていろいろな電池が使い分けられている。くり返し使う必要がない小型の機器には一次電池が、大きな電力(新しいタブで開きます)を安定して使う機器や、くり返し使う機器には二次電池が向いている。
一次電池も二次電池も、イオンへのなりやすさが異なる物質を電極に使い、化学変化によって電子を移動させて電流を取り出す点は、ダニエル電池と同じしくみである。
燃料電池は、水素と酸素という気体を使い続けながら発電できるため、充電の必要がなく、水素を供給し続ける限り電気エネルギーを取り出し続けられるという点で、一次電池・二次電池とは異なる特徴を持つ。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/everyday-batteries-and-fuel-cells/?from=print#quiz
使い切りで、充電してもとに戻せない電池を何というか。
- ◯ 燃料電池
- ◯ 一次電池
- ◯ 化学電池
- ◯ 二次電池
正解:一次電池
使うと電圧が低下し、充電してもとに戻せずに使い切りになる電池を一次電池という。マンガン乾電池やアルカリ乾電池が代表例である。充電してくり返し使える二次電池の例として正しいものはどれか。
- ◯ アルカリ乾電池
- ◯ ボタン電池
- ◯ マンガン乾電池
- ◯ 鉛蓄電池
正解:鉛蓄電池
鉛蓄電池は、外部から電流を流して充電することでくり返し使える二次電池で、自動車のバッテリーなどに使われている。燃料電池で、電気エネルギーを取り出すときに使う物質と、できる物質の組み合わせはどれか。
- ◯ 水を使い、水素と酸素ができる
- ◯ 水素と酸素を使い、水ができる
- ◯ 炭素と酸素を使い、二酸化炭素ができる
- ◯ 塩化銅水溶液を使い、銅と塩素ができる
正解:水素と酸素を使い、水ができる
燃料電池は2H₂+O₂→2H₂Oの反応で、水素(新しいタブで開きます)と酸素(新しいタブで開きます)から電気エネルギーを取り出し、生成物(新しいタブで開きます)は水だけである。燃料電池の反応2H₂+O₂→2H₂Oは、何という反応とちょうど逆の関係になっているか。
- ◯ 酸化銀の熱分解
- ◯ 水の電気分解
- ◯ 塩化銅水溶液の電気分解
- ◯ 鉄と硫黄が結びつく反応
正解:水の電気分解
水の電気分解(新しいタブで開きます)は2H₂O→2H₂+O₂で、水を水素と酸素に分ける反応である。燃料電池はその逆で、水素と酸素から水をつくり、電気エネルギーを取り出す。
単元のポイント
- 一次電池 使い切りで、充電してもとに戻せない電池。マンガン乾電池やアルカリ乾電池が代表例
- 二次電池 充電してくり返し使える電池。鉛蓄電池やリチウムイオン電池が代表例
- 燃料電池 水素と酸素を反応させて電気エネルギーを取り出す装置。生成物は水だけで、水の電気分解の逆の反応
- 2H₂+O₂→2H₂O 燃料電池で起きる反応。水の電気分解2H₂O→2H₂+O₂とちょうど逆になる