化学を勉強する上で電池の分野は山場となります。原理は理解しやすいですが起電力や電極などの用語が多いことと、現在ではいろいろな種類の電池が出てきているため覚えることが多いからですね。何とか乗り切りたいところです。
電池の原理
酸化還元反応によって放出されるエネルギーを、
電気エネルギーに変える装置のことを電池、または化学電池といいます。
酸化還元反応を同じ場所で行うと熱エネルギーになりますが、
酸化反応と還元反応を別々の場所で行わせることで、電子の流れる経路をつくり電気エネルギーに変える仕組みですね。
化学電池の原理は、イオン化傾向の違う２種類の金属を電解質水溶液に浸して、
イオン化傾向の大きい金属からイオン化傾向の小さい金属へと電子が移動することを利用しています。
このときイオン化傾向の大きい金属が負極、つまり電子を放出する側、
イオン化傾向の小さい金属が正極、つまり電子を受け取る側となります。
電池全体で見ると、
イオン傾向の大きい金属から電子を放出し（酸化される還元剤）、
イオン化傾向の小さい金属が電子を受け取る（還元される酸化剤）、
という酸化還元反応となっているのです。
酸化され電子を放出する、電子（\(\mathrm e^-\)）が流れ出る側の電極を負極、
還元され電子を受け取る、電子（\(\mathrm e^-\)）が流れ込む川の電極を正極といいます。
注意
中学の理科でも学んだことですが、電子（\(\mathrm e^-\)）自体の流れと電流とは逆方向です。
電子は負極から正極に移動しますが、電流は正極から負極へと流れます。
電池の起電力
イオン化傾向の違う２種類の金属が電解質溶液につかると、
イオン化傾向の大きい金属は電子を放出し陽イオンになります。
このときこの金属は陽イオンになった原子が残していった電子が過剰にある状態になります。
この状態を電位が低い状態といいます。
逆にイオン化傾向の小さい金属側では陽イオンになりにくいので電子が不足気味になります。
どちらかというと電子を受け取って単体にもどろうとします。
この状態を電位が高い状態といいます。
この２種類の金属間で起こる電位差を「起電力」といいます。
単純に電解質溶液を同じにしたら、起電力は電極に用いる金属によって変わるといえますね。
例えば、（電池の種類別の反応などは後で詳しく説明します。）
ボルタ電池やダニエル電池の電極は、
負極が亜鉛（ \(\mathrm {Zn}\) ）、正極が銅（ \(\mathrm {Cu}\) ）で起電力は１.１V
マンガン乾電池やアルカリ乾電池の電極は、
負極が亜鉛（ \( \mathrm {Zn}\) ）、正極が酸化マンガン（ \(\mathrm {Cu}\) ）で起電力は１.５V
バッテリーなどに使われる鉛蓄電池の電極は、
負極が鉛（ \(\mathrm {Pb}\) ）、正極が酸化鉛（ \(\mathrm {PbO_2}\) ）で起電力は２.１V
となります。
※両極が金属なら水素を基準にした標準起電力から計算できますが今は無視、でかまいません。笑
ここでは詳しく触れていませんが、電池の内部で起こる酸化還元反応に直接関わる物質のことを活物質といいます。
負極で還元剤としてはたらく物質を負極活物質、
正極で酸化剤としてはたらく物質を正極活物質、
と使い分けます。
※
活物質については各電池の電池式を説明するときに追加します。
こうして酸化還元反応を別々に起こさせ、熱エネルギーではなく電気エネルギーを作り出す装置が電池です。
この電池から電流を取り出すことを放電というのです。
各電池の電池式がこれから続きますが、
先ずは電池とは何か？
起電力とは何か？
用語の意味くらいは覚えておきましょう。
分極は良く問題になります。