CO2の活用方法の中でもとりわけ目を引くのが電池材料としての利用です．CO2を電池材料として使うことができれば、CO2を貯蔵する目的とエネルギー源として利用する目的の両方が果たせて一石二鳥です．

CO2を還元し有用な炭素材料として活用するプロセスのうち、電気エネルギーを用いた再資源化に着目していきます．．

人工光合成のターゲットには二酸化炭素の分解だけでなく、光のエネルギーを転用して人類にとって有用な物質を合成する反応も含まれます．例えば、光エネルギーによる水の分解もその一つです．

電池の電極材料の容量には限界があります．この限界値、理論容量を超えるエネルギーを蓄えることはできません．無論、必ずしも理論値に達することができるわけではありませんが、限界を知っておくことは材料設計の上で役立ちます．

水素発生反応（HER）こそ直接的に水素を製造することが可能な反応です．水素発生の反応効率を高めるために、カソードで用いる電極材料の研究が長年に渡り進展してきました．

今回のテーマは、水の電気分解反応の片割れである酸素発生反応です．最終的に欲しいものは水素であり、酸素は空気中からいくらでも取ってこれます．しかし、酸化反応と還元反応は必ず同時に起こるため、水素発生反応の効率を高めるには酸素発生反応も効率よ…

電池の原理と概要 イオン化傾向と標準電極電位 アノードとカソード、正極と負極、陽極と陰極の違い 様々な電池とその原理 ボルタ電池 ダニエル電池 鉛蓄電池 ルクランシェ電池、マンガン電池、アルカリ電池 ニッケルカドミウム電池 ニッケル水素電池 亜鉛空…

コバルトは鉄やマンガンと同じ第四周期の金属元素でありながら、それらとは桁外れに埋蔵量が限られています．これから先も継続してリチウムイオン電池の生産を行うためには、コバルトの使用量を減らすあるいはコバルトの生産量を増やさなくてはなりません．

ナトリウムは周期表でリチウムのひとつ下に位置することからリチウムと性質が似通っており、一方でリチウムとは比較にならないほど安価です．リチウムをナトリウムに変えることができれば、資源問題から解放され電池を非常に安価に製造できる可能性がありま…

もしリチウム空気電池が実現すれば、空気中に無尽蔵に存在する酸素を利用でき、軽量・安価・安全にも関わらずリチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を有する「究極の電池」となりえます．

ナトリウムは海中に塩として含まれているように資源的に豊富で、リチウムに匹敵する電極電位を示すことから高出力の電池が作成可能です．このような考えのもと生まれたのが、ナトリウムと硫黄を組み合わせた電池であるナトリウム硫黄電池です．

空気電池（金属空気電池）は、既存の電池系を遥かに凌駕する理論エネルギー密度を持ちます．空気中に無限に存在する酸素を利用して電気エネルギーを取り出す事が可能であり、リチウムイオン電池よりも高いエネルギー密度を有し、軽量、安価、かつ高い安全性…

食塩水の電気分解からは、主に塩素ガス（Cl2）と水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液（苛性ソーダ）が得られます．化学工業で必須で汎用的な試薬であり、医薬品、洗剤、殺菌剤、除草剤などに使用されます．

負極は二次電池にとって重要な要素であり、電池全体の性能に大きな影響を与えます．新しい負極材料の開発では、これらの容量低下要因を抑制し、安全性・安定性・サイクル特性に優れた材料を選定する必要があります．

リチウムイオン電池はのエネルギー密度に影響を与えているのが正極材料です．現在、正極材料として使用されている材料は主として金属酸化物であり、大きく3種類のグループに分けられます．

リチウムイオン電池は高いエネルギー密度、高い電圧、長寿命、高安定性を併せ持ち、従来の二次電池とは一線を画します．リチウムイオン電池はある一つの大発明から生まれたわけではなく、多くの人が関わり築き上げたものを合体させることで可能になった、人…

ニッケル・カドミウム電池（ニッカド電池）は鉛蓄電池に続く二次電池であり、最近まで家庭用二次電池の代表の座にいました．ニッケル水素電池やリチウムイオン電池の普及とともに姿を見かける機会は減りましたが、いまなお然るべき分野では現役の電池です．

ニッケル水素電池はエネルギー密度と安全性に優れ、リチウムイオン電池が登場するまで二次電池の主役であり続けました．構成はニッカド電池と非常によく似ていますが、カドミウムの代わりに水素吸蔵合金を使用しているという特徴があります．

マンガン電池とアルカリ電池は、両者とも亜鉛と酸化マンガンを用い、起電力も殆ど同じです．マンガン電池はすぐに電源が切れますが、アルカリ電池はマンガン電池の数倍の寿命があります．どのようにしてアルカリ電池が勝利をつかんだのでしょう．

水に諸々の工夫をして電圧をかけると、水素と酸素が発生します．発生する物質が水素と酸素だけなので環境への害がありません．クリーンかつ温和な条件で水素を合成できる方法として注目されています．

燃料電池は、分子の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換できるエネルギー変換装置です．燃料電池は、クリーンかつ高効率な発電を可能にし、家庭用・車載用への応用を目されるなど次世代のエネルギーとして注目されています．

正極と負極、アノードとカソードは電池と電気分解どちらにも登場する用語ですが、何を指すかを理解していますか？

ボルタ電池の欠点を補うような形で生まれた電池がダニエル電池です．ダニエル電池はボルタ電池に比べて出力が大きく、水素が発生しないため、ボルタ電池の問題点を大部分解決しました．

電気分解は「電気のエネルギーによって強制的に酸化還元反応を起こすこと」を意味します．電気分解は、水の電気分解による水素発生反応を筆頭に、塩素の単離、NaOHの製造、金属メッキ、金属の精錬など、産業の幅広い分野に顔を出します．

光触媒は、豊富な太陽エネルギーを活用して化学反応を起こすことが可能な材料です．光のエネルギーを反応に転用することで、普通の触媒では不可能な化学反応を実現するポテンシャルを秘めています．

鉛蓄電池は、1859年に発明された、史上初めての充電可能な電池（二次電池）です．発明から150年以上たってなお鉛蓄電池は産業で重要な存在であり、主に自動車用のバッテリーとして利用されています．

エリンガム図は、ある温度と雰囲気を与えたときにどのような化合物が安定に存在するかの手がかりを与えます．多くの情報を引き出せるエリンガム図ですが、見た目があまりに複雑なことが初学者を遠ざける原因となっています．

フロスト図は、ある酸化数が他の酸化数に比べてどの程度安定であるかを視覚的に分かりやすく示した図です．標準電極電位そのものをプロットしているわけではないものの、安定性の議論をするのに向いています．

酸化されやすい金属もあれば酸化されにくい金属もあります．酸化されやすい金属の中でも、安定な酸化数は金属によって異なります．ラチマー図は、複数の酸化状態を持つ化学種の標準電極電位を表現する方法です．

ボルタ電池は高校の教科書で題材になっており、亜鉛電極と銅電極が硫酸水溶液に浸った非常にシンプルな構造をしています．ボルタ電池は電池反応の基礎として教わりますが、実際は極めて複雑な反応が起こっています．