【ボルタ電池】仕組み・欠点・分極・起電力

ボルタ電池で電流が流れる仕組み・欠点(デメリット)・分極・起電力についてまとめました。

ボルタ電池の構成

ボルタ電池は亜鉛と銅を希硫酸H_2SO_4に入れ、さらに亜鉛と銅を導線で繋ぎます。

酸化還元反応の流れ

亜鉛と銅では、亜鉛の方がイオン化傾向が高いため、亜鉛板Znが希硫酸に溶け出します。
亜鉛が希硫酸に溶け出すと、亜鉛Z_nが陽イオンZn^{2+}になり、電子2e^{-}が発生します。

(1)   \begin{eqnarray*} Zn \to Zn^{2+} + 2e^- \end{eqnarray*}

発生した電子は、導線を通して、銅板Cuへと流れつきます。
そこで電子電子2e^{-}は、希硫酸中に存在している水素イオンH+と結合し、気体の水素H_2を発生させます。

(2)   \begin{eqnarray*} 2H^+ + 2e^- \to H_2 \end{eqnarray*}

このような化学反応を酸化還元反応といいます。
このように、「酸化還元反応」が起こることで、導線には電流(=電子の流れ)が発生し、豆電球が点灯します。
これが、「電池が化学反応から電流を生み出す」基本原理です。

説明
酸化 電子を放出(亜鉛\mathrm{Zn}が酸化)
還元 電子を受け取る(水素イオン\mathrm{H^+}が還元)
正極 電子を受け取る側(ボルタ電池だと亜鉛Zn)
負極 電子を放出する側(ボルタ電池だと銅Cu)

ボルタ電池の起電力

ボルタ電池の起電力は約1.1Vです。

ボルタ電池の問題点

ボルタ電池を使い続けると、正極側(銅板)で発生する気体の水素H_2が銅板の周囲に溜まっていきます。
それにより、還元反応(希硫酸中の水素イオンH^+と電子e^-が結合)が妨害され、分極(=電圧が急激に低下する現象)が起きてしまいます。
この問題のため、ボルタ電池は実用化されていません。

参考文献・関連ページ

■参考にさせていただいた動画

参考文献・関連ページ
1 【電池入門】基本原理・アルゴリズム
2 電気・電子回路入門

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