【化学】鉛蓄電池の仕組み

鉛蓄電池とは？

放電して起電力の低下した電池に電流を流すと、放電とは逆の反応が起こります。これを充電と呼びます。充電できる電池では鉛蓄電池が有名です。

一次電池と二次電池

逆向きの電流を流して充電ができない電池を一次電池、充電が可能な電池を二次電池または蓄電池と呼びます。

なぜボルタ電池は充電できないの？

ボルタ電池では正極で発生した水素は空気中に逃げています。また、負極で発生したZn²⁺は錯イオンに変化しているため、逆反応を起こす物質が存在しません。そのため、電流を逆流させても逆反応を起こすことができません。

なぜダニエル電池は充電できないの？

ダニエル電池を充電しようとすると、次の反応が起こります。

負極ではZnSO₄だけならば問題なく反応が進みますが、H₂SO₄が加えられているとH₂が発生してしまいます（ZnSO₄の濃度が高いと電離が起こりづらいため濃度を下げ、また電気が通りやすいようにH₂SO₄を加えます）。また、ZnSO₄とCuSO₄が素焼き板を通って混合してしまいます。そのため、ダニエル電池は完全な二次電池ではありません。

鉛蓄電池の仕組み

鉛蓄電池の放電

鉛蓄電池は次の電池式です。

法伝寺、負極ではPbが酸化してPb²⁺になります。その後、SO₄^2-と結合し、PbSO₄となります。

正極ではPbO₂（酸化剤）が電子を受け取って還元され、PbSO4になります。

つまり、両極ともでPbSO₄が発生します。また、正極では水が生成されるため、硫酸の濃度は徐々に低くなっていきます。

鉛蓄電池の充電

外部電源の⊖端子を負極に、⊕端子を正極に接続して電流を流すと逆反応が起こり、充電することができます。

正極・負極での反応式をまとめると次のようになります。右側への反応が放電、左側への反応が充電となります。

鉛蓄電池の分極

両極でPbSO₄が生じると、反応できる電極の面積が小さくなります。また、水が生じることで硫酸の濃度が薄まります。結果、分極します。しかし、PbSO₄が不溶で電極に付着しているために、充電することが可能となっています。