燃料電池とリチウムイオン電池など他の実用電池

電池の歴史は長いですが最近では一次電池や二次電池で新しい電池が発明されています。宇宙船でも使われたという燃料電池や携帯電話のバッテリーとしてのリチウムイオン電池とその他の電池を見ておきましょう。現在活躍中の実用電池はここですね。

外部から燃料を供給して、それらの酸化還元反応で得られる燃焼熱を、
効率的に電気エネルギーに変える装置を燃料電池といます。

水素を還元剤、酸素を酸化剤として原料供給し電気エネルギーを得る水素-酸素燃料電池は生成物が水ですのでクリーンな発電として注目されています。

水素（\(\mathrm {H_2}\)）と酸素（\(\mathrm {O_2}\)）の反応は水（\(\mathrm {H_2O}\)）が発生しますが、
以前の宇宙船（アポロ）でも使われ出てきた水は乗組員の飲用水として使われたそうですよ。

燃料電池はいろいろな構造が考えられますが、
一般的なリン酸型水素－酸素燃料電池について構造を示しておきます。

　負極には燃料の水素と触媒としての白金が使われ、
　正極には燃料の酸素と触媒としての白金が使われます。
　電解質はリン酸（\(\mathrm {H_3PO_4}\)）水溶液です。

（－）\(\mathrm {Pt} \cdot \mathrm {H_2}　｜　\mathrm {H_3PO_4aq}　｜　\mathrm {Pt}\cdot \mathrm {O_2}\)（＋）

　負極の反応は
　\(2 \mathrm {H_2}　→　4\mathrm {H^+}　＋　4\mathrm e^-\)

　正極の反応は
　\( \mathrm {O_2}　＋　4\mathrm {H^+}　＋　4\mathrm e^-　→　2\mathrm {H_2O}\)

　全体：　\(2\mathrm {H_2}　+　\mathrm {O_2}　→　2\mathrm {H_2O}\)

燃料電池の良いところは生成物がクリーンであることもちろんですが、（生成物は水ですから）
火力発電の２倍強とエネルギー効率も良いところが特徴ですね。
もちろん燃料も水素だけではなく燃焼可能なガス系は使えます。

ただ、安価な電池ではありません。そこが今後の課題となりますね。

リチウム電池は通常一次電池ですが、リチウムイオン電池は二次電池です。

携帯電話、ノートパソコン、タブレット、デジタルカメラ、電気自動車などのポータブルな電気製品のバッテリーはこのリチウムイオン電池が使われています。
この電池の良いところはたくさんありすぎて書ききれません。
様々なタイプのものがありますが、代表的なリチウムイオン電池の構造を示しておきます。

　（－）\(\mathrm {Li}（黒鉛中）｜　有機溶媒　｜　\mathrm {LiCoO_2}\)（＋）

※
有機溶媒はリチウム塩を含んだものを用いますが高校化学ではそこまで詳しくしなくて良いでしょう。

放電時の反応は、
　負極：リチウムが電子を放出してリチウムイオンになります。
　正極：リチウムイオンが電子を受け取りリチウム原子になります。

二次電池なので充電時の反応もあります。
充電時の反応は放電時の逆反応なので反応自体は単純にリチウムイオンが移動する、と見ておきましょう。

起電力は構造によって多少変わりますが約4Vです。

最近のリチウムイオン電池は、

などたくさんの良いところがありますね。

他にもたくさんの実用電池がありますが、
燃料電池とリチウムイオン電池の２種類は注目すべき電池です。

もっと新しい画期的な電池を発明するのは将来のあなたかもしれませんよ。

電気分解も電子が動くという意味では電池と同じです。