電池には化学電池と物理電池の2種類があります。今回解説するのは「化学電池」です。意外と身近にあり、これからの時代の鍵となる電池でもあります。
しかし、専門書などを読むと難しい化学式や言葉が多く、理解が難しいと思います。そこで今回は、普段から原子レベルで加工する機材を製造する菅製作所が、化学電池についてわかりやすく解説します。
専門用語を使わずに解説しているので、電池について興味がある方はぜひご覧ください。
目次
化学電池とは、化学反応によって電力を生み出す電池のこと
化学装置は、化学反応で電力を生み出す電池です。乾電池やボタン電池などが代表的な化学電池ですね。
反対に、太陽光や熱を利用して発電する電池は「物理電池」と呼ばれ、別のくくりになる点は注意が必要です。
では、化学電池にはどういった種類があるのでしょうか？次の項目で見ていきましょう。
化学電池は3種類ある
化学電池には大きく3つの種類があります。
- 一次電池：使い切りの電池のこと
- 二次電池：再充電可能な電池のこと
- 燃料電池：水素と酸素を使って電気を生み出す電池
それぞれ見ていきましょう。
一次電池：使い切りの電池のこと
一次電池とは、使い切りの電池のこと。市販されている乾電池やボタン電池は一次電池にあたります。
電圧が安定しており、長期保存に向いている特徴を持ち、一般的には少ない電力を長時間必要とするリモコン、時計、懐中電灯などに用いられます。
余談ですが、「エネループ」などの再充電可能な乾電池は二次電池に分類されるので注意です。
一次電池について、さらに詳しいことは以下の記事で解説しています。
二次電池：再充電可能な電池のこと
二次電池は「充電池」とも呼ばれ、再利用可能な電池のことを指します。市販品だと、モバイルバッテリーやパソコンの内蔵バッテリーなど。
二次電池はエネルギー密度が高く、再利用可能で近年多くの電子機器に使用されています。しかし、無限に使えるわけではなく、一定の充電回数を越えると最大容量が減少していきます。スマホのバッテリーの持ちが悪くなるのはこのためです。
二次電池について、さらに詳しいことは以下の記事で解説しています。
燃料電池：水素と酸素を使って電気を生み出す電池
一般的に燃料電池とは、水素と酸素で化学反応を起こし、電気を生み出す電池のことを指します。
近年では、ガソリンを使わない燃料電池自動車（FCV）などが開発され、その中心となっているのが燃料電池です。有害な排出ガスがゼロ、もしくはかなり少ないことが特徴でエコの観点から注目を集めています。
燃料電池について、さらに詳しいことは以下の記事で解説しています。
化学電池の仕組み
化学電池は、主に原子の動きを利用して発電をしています。
例えば、リチウムイオン電池ではリチウムイオンが動くことで充電・放電が可能であり、アルカリ電池は水酸化物イオンが一方通行で動くことで放電が可能など、イオンの動きで電気を生み出すものが多いです。
電池毎に仕組みが異なるので、化学式や詳しい発電方法が知りたい方はぜひ以下の記事をご覧ください。
化学電池のメリット：環境にやさしい
化学電池のメリットは、環境にやさしいこと。二次電池であれば同じ電池を長く使い続けられる、燃料電池であれば排ガス0で車を運用できるなど、地球温暖化や持続可能な社会に向けた取り組みには必要不可欠なものです。
また、劣化した電池や使用後の電池はリサイクル可能で、別の製品の原料として使用できるためゴミが出にくいのもメリットの一つです。
化学電池のデメリット：コストがかかる
化学電池のデメリットはコストがかかることです。一般家庭で電池を使用する程度であれば、大きなデメリットにはなりませんが、問題は会社規模など大型の設備や車で使用する時です。具体例を見ていきましょう。
まず、工場設備などで導入する場合、導入のための初期費用が高額で100万円前後かかります。また、リチウムイオン電池などでは1kWあたり追加で20万円のコストがかかることも。
また、車で言えば燃料電池を利用した自動車はまだまだ発展途上で、新車で750万円などガソリン車に比べ2倍以上の価格になっているものもあります。
このように、導入する時にコストがかかってしまうのが化学電池のデメリットです。
まとめ
今回は化学電池について解説しました。これからの時代には必須となる技術ですので、正しく理解して活用しましょう。
菅製作所では、元素に関する記事や電池に関する情報を多く公開しています。化学の授業で役に立つ知識が満載ですので、ぜひ勉強のお供にご活用ください。
参考サイト
https://www.baj.or.jp/battery/qa/chemistry.html
https://talk.yumenavi.info/archives/2438?site=m
https://juken-mikata.net/how-to/chemistry/chemical-battery.html
