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基本原理

THE PRINCIPLE OF THE BASIC

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バッテリーの歴史

バグダッドバッテリー
1836 年バグダッド近郊で約 2000 年前に作られたと見られる不思議な陶器製の容器が発見されました。その容器の内部には銅版で出来た円筒があり、アスファルトで出来たふたで円筒と鉄棒は絶縁されていること、鉄棒はふたを突き抜けていることから、 1940 年にドイツのコーニングは、この陶器の容器に 電解質 をいれると電池になるという報告をしました。これがバグダッドバッテリーですが、電池として使用されたかどうかは不明です。

カエルの動物電気
1780 年 ガルバーニ は ガルバニーの蛙の脚の実験 で真鍮のフックにカエルを止めて、鉄製のメスを触れるとカエルの足が引きつることに着目してカエルに動物電気が生じている証拠であると考えました。


蛙の脊髄と足の間に二種類の金属を接触したものをあてると足が動いた。

ボルタの電推
  カエルの動物電気の話を聞いた ボルタ はガルバニーとは異なった解釈をしました。それは、二つの異なる金属間に湿った物質があると電気が流れるのではないかという考え方でした。 1800 年にボルタは銅版と亜鉛板の間に塩水で湿らせた厚紙を挟んだものを多数積み上げた ボルタの電推 を作って、連続的な電流が得られる電池を発明しました。ボルタは各種の金属の組み合わせを試みた結果、亜鉛と銀が最も適していることに気づきましたが、これで火花が発生するような高い電圧の電池を作ることはできませんでした。
  その原因は漏電や電池の寿命が短い(約 1 時間程度)こと、電気の発生によって出来る極板の気泡などが主な原因でした。しかし、この電池の発明によって定常的に電流を供給できる電源が確保されたことから電気の研究が急速に進みます。特に、翌年には 電気分解 が発見され電気化学の研究が急速に進展することになります。ちなみに 電圧の単位で用いられるV ( ボルト ) とは、このボルタから取ったものである。
ダニエル電池
1836 年ダニエルはボルタの電池で極板の気泡を解決しました。それは 2 種類の電解溶液を使用し、 2 つの溶液が混合しないように素焼き板を使った のが、 ダニエル電池でした。この電池は当時発展してきた電信用の電源として広く利用され、電池の本格的な商業利用が開始されました。
グローブ電池
1844 年にグローブはダニエル電池よりも強力なグローブ電池を発明しました。発生電圧はダニエル電池の約 2 倍で電流も多く流すことができました。当時の米国では、長距離の電信には強力な電池が必要であったことから、この電池は電信用の電池として広く使用されるようになりましたが、有毒なガスを発生させることと高価な白金を使用していることから、 1860 年代までには安価なルクランシェ電池に置き換えられました。
鉛蓄電池
1859 年にプランテは鉛蓄電池を発明しました。この蓄電池は再充電することで、これまでの電池が使い捨てであったのに比べ、再充電することで再使用できることから非常に長い期間使用できるのが大きな特徴です。現在、様々な改良により、現在のカーバッテリーに普及しています。
ルクランシェ電池
1866 年にルクランシェは乾電池の基本となる二酸化マンガンを使用したルクランシェ電池を発明しました。この電池は 1.4 から 1.6 ボルトの電圧を発生し、安価で長時間電流を供給できたことから、電話用として急速に拡大しました。しかし、液がこぼれたり、手入れが面倒なことから実生活向けではありませんでした。
乾電池
  ルクランシェ電池は電解液に液体を使用していましたが、現在広く使用されているマンガン乾電池の原形です。
1886 年ガスナーはルクランシェ電池の電解液をセメントで固めた電池を発明しました。発生電圧は約 1.5 ボルトでした。従来の電解液を使用した電池に比べ、この乾電池は取り扱いが容易なことから、懐中電灯などの携帯用の電気製品の需要が拡大しました。日本では屋井 先蔵は炭素棒にパラフィンを含浸する乾電池を 1887 年に発明しました。
アルカリマンガン乾電池
1950 年代までの電池は亜鉛炭素電池の使用が一般的でしたが、電池の寿命が短く、長寿命化の問題を解決できないままでした。高価であるが長寿命のアルカリ電池の改良し、粉末状の亜鉛電極(陽極)とマンガン二酸化物電極(陰極)の間にアルカリ性の電解質を使用した電池を 1959 年に発売しました。
ニッケルカドミュウム電池
1899 年 にユングナーはニッケルカドミュウム電池を発明しました。電極にニッケルとカドミュウムを使用し電解液に水酸化カリュウム溶液(アルカリ性電解液)を使用したことで、強力な電流を長時間供給することができました。

ニッケル・水素蓄電池
1980 年大の末にニッケル・水素蓄電池を発明しました。陽極に水酸化ニッケル、陰極に水素吸蔵合金、電解液に水酸化カリウム水溶液を用いた二次電池の一種です。この電池はニッケルカドミュウム電池のカドミュウムは毒性があることから、カドミュウムに代わる材料として水素を吸収する合金を使用した電池です。

リチウムイオン電池
還元力の強い Li と酸化力の強い F2 との組み合わせは最も高い発生電圧が得られることからリチウムイオン電池が開発されました。その後電極材料や電解質溶媒などの改良によって安全で電圧が高く貯蔵エネルギーの大きな電池が得られるようになりました。 1998 年頃には電解質にゲル状のポリマーを使うリチウムイオンポリマー電池が量産化され、外装にアルミラミネートフィルムが使われていることが特徴で小型軽量化され、電気自動車の電池として注目されています。

燃料電池
燃料の酸化によって生ずる 化学エネルギー を直接電気エネルギーとして取り出す電池。一種の発電装置ともいえる。酸化還元反応を利用している点など、基本的には通常の化学電池と変わらないが、閉じた系内で電池反応を行う化学電池と異なり、燃料と酸素(空気)が外部から連続的に供給され、反応生成物が連続的に系外に除去される。もっとも典型的なものとして、水素‐酸素燃料電池がある。
原理的には1839年 イギリス のグローブが白金黒(はっきんこく)(白金の黒色粉末)付き白金板からなる正負両極を希硫酸中に浸し、水素と酸素を両極に吹き付ける方式の電池を作成したのに始まる。電気エネルギーを得ることに成功したが十分なものではなく、1960年代になって改めてその特徴が注目され、 宇宙船 の電源として実用化が進められた。その後、 火力発電 の代替用の高効率で環境に優しいオンサイト(家庭、事業所あるいは地域ごとの発電)用として、また 電気自動車 ( 燃料電池車 )用電源の有力候補として、そして 携帯電話 などのモバイル機器用の小形で高エネルギー密度の電源として、各国政府機関や大学、企業などで活発に研究開発が進められている。

太陽電池
光起電力効果 を利用し、 光 エネルギーを直接電力に変換する電力機器 である。 光電池とも呼ばれる。一般的な一次電池や二次電池 のように電力を蓄えるのではなく、光起電力効果 により、受けた光を即時に電力に変換して出力する。主流のシリコン太陽電池の他、様々な化合物半導体などを素材にしたものが実用化されている。色素増感型(有機太陽電池)と呼ばれる太陽電池も研究されている。


 
 

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2019年10月01日