電池
方言で懐中電灯の事を電池、棒電池と呼ぶ。
電池(でんち)は、光や熱、化学反応などのエネルギーを、電気に変換する装置である。化学反応によって電気を作る「化学電池」と、熱や光といった物理エネルギーから電気を作る「物理電池」の2種類に大別される。
紀元前250年頃のイラクで、 世界最古の電池であるバグダッド電池が作られる(実際には電池ではないという説があり、実際に電池として使用された明確な証拠は未発見である)。
1791年 ルイージ・ガルヴァーニ(イタリア)、ガルバニ電池を発見。
1800年 アレッサンドロ・ボルタ(イタリア)、ボルタ電池を発明。
1802年 物理学者ヨハン・ウィルヘルム・リッター(ドイツ)、小型一次電池を発明。
1812年 ジュゼッペ・ザンボーニ(イタリア語版、英語版)(イタリア)、ザンボニー電池を発明。
1866年 ジョルジュ・ルクランシェ(フランス)、ルクランシェ電池(マンガン乾電池の原型)を発明。今までの電池で使われていた電解液をゲル状にしたもので、これが現行使われる乾電池の原型となる。
1881年 ジュール・アルフォキ・ティエボー (Jules Alphokee Thiebaut) が亜鉛の容器に負極と多孔質の容器の両方の役割を持たせた最初の電池で特許を取る。
電池に何も接続されていない状態での端子電圧が「起電力」であり、電池が外部の回路に接続されて電流が流れると起電力より端子電圧が低くなる。この現象が「分極」であり、低くなった分の電圧は「過電圧」と呼ばれる。過電圧は内部抵抗とも呼ばれ、流れる電流に応じて増大することで端子電圧は低下する。過電圧は以下の3つから構成される。
過電圧 抵抗過電圧:イオンが電解質中を流れる時や電子が電極内を流れる時に生じる抵抗によるエネルギー 活性化過電圧:反応物質と電解液との間での電子移動のために消費されるエネルギー 濃度過電圧:反応物質が電極表面に移動するためや電極表面で生じた生成物質が電解液へ拡散するために消費されるエネルギー
電池の端子電圧は使用温度や接続先の抵抗値とそれによる電流値が不明であるため、仮に製造誤差などに起因する製品ごとのバラツキが無くても、厳密には起電力や過電圧は定まらないが、電池の使用環境を想定した上で目安として「公称電圧」を定めている。端子電圧は使用温度や流れる電流の他に、電池の残量によっても変化する。
「原子力電池」とは、放射性元素が原子核崩壊を起こす際に発生する原子力エネルギーを電気エネルギーに変換する電池である。
電池のエネルギー密度には「重量エネルギー密度」と「体積エネルギー密度」の2つがある。 ここでのエネルギーは〔Wh〕や〔J〕で表現されることが多く、電池のエネルギー密度は一般に〔Wh/kg〕や〔Wh/L〕で表される。実際の電池のエネルギー密度は活物質以外の構成要素も含まれることもあり、活物質だけの計算値の20-40%程度の値になる。
「物理電池」とは、光や熱などの物理的なエネルギーを電気エネルギーに変換する電池である。 以下に物理電池の分類を示す。