はじめよう固体の科学

電池、磁石、半導体など固体にまつわる話をします

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電池

リチウムイオン電池の負極材料:金属リチウムの代わりを見つけよう

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の正極材料:インターカレーションと金属酸化物

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:現代社会を支える最強の電池

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:かつての充電池

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:電池に水素吸蔵合金を使うという発想

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.

アルカリ乾電池:マンガン電池から続く最も実用的な乾電池の系譜

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.

ダニエル電池:初めての実用的な電池

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.

鉛蓄電池:最初の充電可能な電池

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.

フロスト図:元素の標準電極電位をもう少し見やすく

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.

ラチマー図:元素の標準電極電位を一枚の図で

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:単純に見えて恐ろしく複雑な最初の電池

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.

電池:化学エネルギーから電気エネルギーへの変換

電池とは「化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置」を意味します.電気を化学エネルギーとして貯蔵できる点が画期的であり、携帯性・安全性・保存性に優れます.

イオン化傾向と標準電極電位:イオンになりやすさの順番

鉄は錆びやすいのに、金は全く錆びません.「錆びる」とは酸化反応の一種で、「錆びやすい」は「酸化されやすい」と言い換えることができます.このような「酸化のされやすさ」を定量化する方法はないでしょうか.