一次電池
一般的に使いきりの電池(充電できない電池)のことをいいます。 最も有名な物は円筒形のマンガン電池で その内部構造は 図のようになっています。 亜鉛缶の内側に 電解液として塩化アンモニウムと塩化亜鉛をデンプンで練ってのり状にしたものを用います。 その内側には複極剤として 二酸化マンガン(ＭｎＯ 2)と炭素粉を塩化アンモニウム(ＮＨ 4ＣＩ) 塩化亜鉛で練り固めた物をつめてあり その中央に多孔質の炭素棒差し込んであります。
亜鉛(Ｚｎ)はプラス２価の原子ですから 電子２個を残してイオンとなり塩化亜鉛をつくるため ２個のアンモニウムイオン ＮＨ 4 +1 を追い出します。 追い出された ＮＨ 4 +1 は炭素棒へいき 電子をもらってアンモニウムになりますが すぐ水と反応して水酸化アンモニウム(ＮＨ 4ＯＨ)と水素(Ｈ 2)になります。
この水素が炭素棒から電子を供給するのを妨げる作用をしますので 二酸化マンガンにより酸化して水に返します。 このようにして亜鉛は電子が余りますからマイナス電極になり 炭素棒は電子が不足するのでプラス電極になります。
両極間の電圧は約１．５ボルトです。 減極剤である二酸化マンガンの消耗とともに 発生電圧は下がり １ボルトぐらいになるまでの容量は 単一電池で約５アンペアアワー(１アンペアを５時間流し続ける)て゜す。 両極を短絡しても内部抵抗が大きいので 短時間なら大きな害は有りません。
電気のプラスとマイナスの正体
これを説明するには 静電気の話をしなければなりません 静電気とは物を摩擦したときに現れる現象です。 では 何でも摩擦すると静電気が起こるかというと そうではなく 金属は摩擦しても静電気は発生しません。 そこで電気に対する物の性質には二とうりあることに気づきます。
金属のように電気をよく伝える 「導体」と 伝えない 「不導体(電子か隣接する電子と結束し合って自由に動けない構造)」「絶縁体」です。この両方の中間に 「半導体」という物質有ります。 絶縁体であるガラス棒を綿布で摩擦すると 綿布はガラス棒に引かれて離れにくくなります。 これは 両方の物質にそれぞれ異種の静電気が発生して お互いに引き合うために起こります。 ガラス棒がプラスになり 綿布の方がマイナスになります (いろんな種類の不導体の間にはどちらがプラスになるか決まっている)。
これは両者を摩擦することによって ガラス棒の一部の電子が綿布に移動することによりガラス棒がプラスの電気を 綿布がマイナスの電気を帯びた(帯電)ことを示します。 このようにプラスの電気とマイナスの電気は別々にあるのではなくマイナスの電気を持った電子が実際には移動するのです。電子をもらったほうはマイナスに 電子を供給したほうがプラスに帯電するということです。
ですから乾電池のプラス端子は電子を受け入れる側で マイナス端子の方は電子を供給する側になります。 もつと 簡単に言うと マイナスの電子だけか移動できますので マイナスからブラスに移動して中性されると言うことです。
"注 意" プラス電気の流れる方向を電流の方向(世間一般的に)としてますが 実際にはマイナスの電子が電流とは逆方向に流れる。
二次電池 (充電できる電池)
上の図は 鉛蓄電池(バッテリー)です 一組の蓄電池は２ボルトの電圧を発生しますので １２ボルトにするには ６個を直列につなげればいい事になります。 蓄電池は放電と充電の状態があります。
放電から説明すると 希硫酸 Ｈ 2ＳＯ 4 中に鉛 Ｐｂ を入れると 鉛のイオンが希硫酸中の水素を追い出し 硫酸塩 ＰｂＳＯ 4 となります。 このとき鉛は２価のプラスイオン Ｐｂ +2 となるので 電子マイナスイオンを２個鉛極に残してきます。 追い出された水素イオン Ｈ +1 は酸化鉛 ＰｂＯ 2 極へいき 電子マイナスをもらって水素分子 Ｈ 2 になりますが 酸化鉛中の酸素と化合して水 Ｈ 2Ｏ になります。 したがって酸化鉛の極は自らは鉛となって 水素に電子を与えるのでプラス極となり 鉛極は電子が残るのでマイナス極となった電池ができます。
この場合 酸化鉛が減極剤を兼ねて水素の発生を防ぎますので 水素分子による分極作用は起こらず したがって電池の性能は維持されます。 ただ 水が増えてきて硫酸の濃度が落ちるので 放電が続くと性能が落ちます。 大体１．８ボルトぐらいになると充電が必要になります。
充電するには 外部から２．０ボルトよりわずかに高い直流電圧を加えますと 放電のために増えていた硫酸鉛のうち 鉛イオンはプラスですから負電極へいき 電子をもらって鉛に戻ります。 硫酸其イオン ＳＯ 4 はマイナスですから 電子を与えられてすぐ水と反応し 硫酸と酸素を発生します。 この酸素は正極の鉛と化合して酸化鉛をつくり 全てが放電前の状態にもどります。
直流がいいか交流がいいか
電池は電子を供給する端子(マイナス)と電子を受け入れる端子(プラス)を持っているので 直流の電圧を発生します。 直流は電圧と電流の方向がいつも一定(平行)しており 変化しません。 それに対して交流は時間とともにサインカーブを画いて プラスとマイナスが逆転します 一秒間の変化の回数が５０回のもを 周波数５０ヘルツ (Ｈｚ) の交流と呼びます。
なぜ交流が主流かと言うと ① 回転する発電機からは自然に交流が発生する。 ② 変圧器によって 電圧が自由に変えられる。 ③ 安くて使いやすい交流モーターが使える。 ④ 直流だと低抗により端末では 電圧が下がる。 ⑤ 直流モーターだと整流子とブラシが必要になる。
交流発電機は 身近な所では自転車のランブを点灯させる発電機や 自動車のエンジンの回転により 蓄電池に充電するゼネレータなと゛有ります。 蓄電池は直流ですから 以前は直流発電機(ダイナモ)が使われていましたが 整流子の事故が多いため 交流の出力を整流器で直流に変えて使っています。 大きな交流発電機はほとんど三相で 磁石は外からスクップリングにより直流を送り 中で電磁石を作ってそれを水車やタービンで回して電気を作ります。
電流 電圧 低抗の関係
電流の大きさは 何によって決まるか 電圧を大きくすれば電流も大きくなる事は 理解できると思います。 では 電圧が同じなら電流も同じになるかというと そうではありません。 電気が流れる途中の低抗によって変わってきます。 電子の流れを妨害するものが大きいほど 流れにくくなり この妨害の度合いを低抗(オーム)と言います。
この電子の流れを妨害するものは 導体中の分子で 物質によって分子の大きさが違いますので 抵抗の度合いも物質によって異なり それを比低抗といいます。 この分子は熱によって振動していますので 温度を上げると振動が激しくなり それだけ電子が衝突するチャンスが増えます。 一般に導体の抵抗は温度が上がると増える言うことです。
電圧とは 電位の差のことで電気は電位の高い方から低い方に流れる。 これを簡単に説明すると 水槽が二つあって それをパイプでつないであると思ってください 水槽が同じ高さにあると 水は流れません(同電位) 片方の水槽を高くすると高い方から低い方に水は流れます(電位差) この時のパイプの抵抗が同じなら 水位の差が大きい方が一定時間に流れる水の水量は多くなります(電圧) 電位差 すなわち 電圧が大きいほど 途中の抵抗が同じなら大きな電流が流れます。
なぜ感電するか
地球は大きな電気を貯める器であり いくら電気を貯めても電位が上がることがなく どこでも一定です。そこでこれを電位の基準として 「電位が０である」 考えます。 家庭の電気に導体である人間が触ると 地球との間に電気が流れて感電します(電位の差)。 感電しないためには 一番いいのは空中に浮くことである(同電位体) すなわち 人体を地球から完全に絶縁すれば良いと言うことです。
オキシライド乾電池 単3形 ZR6Y/2VB
本製品は、正極材料に、新たにオキシ水酸化ニッケルと、新技術により開発された新二酸化マンガン、新黒鉛を採用し、電池内部への注入量を増量、配合をコントロールすることにより、維持電圧を高くし取り出せる電流を多くしました。また、圧力の変化を利用した高注液システムにより、電解液を増量する事が可能となりました。これらによりアルカリ乾電池比約1.5倍の性能アップを実現、よりパワフルでより長もちを実現しました。近年需要が拡大しているデジタルカメラでは約２倍長もちします。
注 意
オキシライド乾電池は豆球タイプの懐中電灯、ヘッドランプ等には使用しないでください。パワフルで多くの電流が流れるため照度は明るくなりますが、豆球寿命が短くなる場合や豆球取付部が 高温になり変形するおそれがあります。
正極材料として、新たにオキシ水酸化ニッケル＋新二酸化マンガンを採用 新開発の新黒鉛(粒子を小さく)を採用。
正極量コントロールシステムの確立 正極材料の注入量を電池１個毎に増量し、配合をコントロールする事により、維持電圧を高くし、取り出せる電流を多くすることで、よりパワフルを実現しました。
高注液システムの確立 圧力の変化を利用したことにより、電解液の増量が可能になり、長もちを実現しました。 維持電圧が高く、長時間使用しても電圧が下がりません。これらにより アルカリ乾電池を超えるパワフルさを実現しました。
ストロボのチャージアップの時間が短くなる、小型四輪駆動玩具が速く走る、電動歯ブラシでもパワーが落ちにくい等、大・中電流域を必要とする機器に威力を発揮します。また デジタルカメラでアルカリ乾電池より撮影枚数約２倍と長もちです 。(使用機器デジカメの場合 1000ｍＷ連続 終止電圧0.9Ｖ)
アルカリ乾電池とマンガン乾電池の違い
アルカリ電池はマンガン電池の二酸化マンガンと亜鉛缶の構造を逆に(オキシライド乾電池の図と同じ)して 電解液に水酸化カリウムという電流の流れやすいアルカリ水溶液を使用しています この構造により容量が大きくなり大電流が取り出せる。
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