乾電池とは

序章

技術の進歩により、それぞれ独自の機能を持つさまざまなバッテリーが生まれました。乾電池は、そうした技術開発の賜物です。テクノロジーが新しくなっても、古いテクノロジーが役に立たないというわけではありません。代わりに、パフォーマンスと発電を改善するのに役立つ、より高度で異なるバージョンにアクセスできるようになったことを意味します。

乾電池とは

乾電池は、蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーに変換するためにバッテリーに組み込まれた電気化学セルです。エネルギー変換は、バッテリーや接続されたデバイスまたはデバイスに電力を供給するのに役立ちます。乾電池の概念は、1886 年にドイツの科学者 Carl Gassner によって提案されました。技術的に言えば、乾電池は、含水率の低いペースト状に保存された固定電解質で構成されています。

乾電池には多くの形態がありますが、そのうち 2 つの形態が最も広く使用されています。一次電池の形態は再充電できず、完全に使い果たされるまでおもちゃで使用される電池のようにエネルギーを失います。 2つ目の乾電池は充電式で、価格は少し高めです。

乾電池は、さまざまな金属から作ることができます。好きな金属を選ぶ必要があります。最も一般的には、乾電池は炭素と亜鉛の構造を持ち、亜鉛がアノードとして機能し、カーボンペーストに注入された炭素のロッドがカソードを構成します。この化学組成は、選択によって異なる場合があることに注意してください。

乾電池は、陽極と陰極を電解液に浸し、化学反応により充電します。バッテリーで一般的に使用される電解質には、塩化アンモニウムまたは塩化ナトリウムが含まれます。電解液が充電されると、電池内の陽極と陰極の間でイオンが移動し始め、化学反応が起こります。この反応は、電気エネルギーの生成に関与しています。

乾電池は直流を発生します。

乾電池の分類

亜鉛ペースト

亜鉛シリンダー、エレクトロペースト層、二酸化マンガン正極、カーボンロッド、銅キャップなどで構成されています。

最外層は亜鉛シリンダーで、バッテリーの負極であり、容器としても機能し、放電プロセス中に徐々に溶解します。

中央には、集電体として機能するカーボンロッドがあります。

このカーボンロッドをしっかりと取り囲んでいるのは、ダークブラウンまたは黒色の二酸化マンガン粉末と導電性材料 (グラファイトまたはアセチレンブラック) の混合物で、カーボンロッドと共に、カーボンパックとも呼ばれるバッテリーの正極体を構成します。

水分の蒸発を防ぐため、乾電池の上部はパラフィンまたはピッチで密閉されています。

段ボール亜鉛

ペースト状の亜鉛マンガン乾電池をベースに改良されています。金属不純物を含まない厚さ70～100ミクロンの高品質クラフト紙をベースにしています。電解質層を貼り付けます。段ボール製の亜鉛マンガン乾電池の実放電容量は、通常のペースト状の亜鉛マンガン乾電池の2～3倍です。 「高性能」と書かれている乾電池のほとんどはダンボールです。

アルカリ亜鉛

その電解質は、アマルガム亜鉛粉末、35% 水酸化カリウム溶液、およびゼラチン化されたカルボキシメチル セルロース ナトリウムから構成されています。アルカリ亜鉛マンガン乾電池は、水酸化カリウム溶液の凝固点が低く、内部抵抗が小さいため、-20℃で動作し、大電流で放電できます。

アルカリ亜鉛マンガン乾電池は40回以上の充放電が可能ですが、充電前に深く放電することはできません（容量の60%～70%が予約されています）。厳密に制御されます。

積層亜鉛

それは、いくつかのコンパクトなフラットセルが積み重ねられたもので構成されています。各電池は、プラスチック シェル、亜鉛スキン、導電性フィルム、セパレータ紙、およびカーボン ケーキ (正極) で構成されます。ダイヤフラム紙は一種のスラリー紙で、表面にデンプン層があり、電解質を吸収し、亜鉛の皮に貼り付けられています。ダイヤフラム紙のトップはカーボンケーキです。セパレータ紙は、ペースト乾電池の電気ペースト層のようなもので、亜鉛皮の負極とカーボンケーキの正極を隔離する役割を果たします。

ラミネート型亜鉛マンガン乾電池の採用により、円筒形ペースト乾電池の直列接続の手間が省けます。コンパクトな構造で、体積が小さく、体積比容量が大きいですが、貯蔵寿命が短く、内部抵抗が大きいため、放電電流が大きくなりすぎないようにしてください。

アルカリ電池

同じ容量の鉛蓄電池と比較すると、小型で長寿命、大電流放電が可能ですが、コストが高くなります。アルカリ電池は、プレートの活物質に応じて、鉄ニッケル、カドミウムニッケル、亜鉛銀電池などのシリーズに分けられます。

ニッケルカドミウム電池を例にとると、アルカリ電池の動作原理は次のとおりです。電池プレートの活物質が充電された後、正極板は水酸化ニッケル [Ni(OH)3] であり、負極板は金属です。カドミウム (Cd);停止すると、正極板は水酸化ニッケル[Ni(OH)2]に、負極板は水酸化カドミウム[Cd(OH)2]に変化します。電解液は主に水酸化カリウム (KOH) 溶液です。

空気電池

空気中の酸素を正極活物質、金属を負極活物質とする高エネルギー電池。使用される金属は、一般的にマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、カドミウム、鉄などです。電解質は水溶液です。

ナノバッテリー

ナノは 10^(-9) メートルであり、ナノ電池はナノ材料 (ナノ MnO2、LiMn2O4、Ni(OH) 2 など) で作られた電池であり、ナノ材料は特殊な微細構造と物理的および化学的性質 (量子など) を持っています。サイズ効果、表面効果、トンネル量子効果など現在、国内技術が成熟したナノ電池はナノ活性炭素繊維電池であり、主に電気自動車、電動バイク、電動原付に使用されている。

この種のバッテリーは、1000回の充電とサイクルが可能で、約10年間連続使用できます。 1回の充電時間は約20分、平坦路での航続距離は400km、重量は128kgと、米国や日本などのバッテリーカーの水準を超えています。同社が製造するニッケル水素電池の航続距離は 300km です。

リン酸鉄リチウム電池

リン酸鉄リチウム電池 リン酸鉄リチウムを正極材料とするリチウムイオン電池のこと。リチウム イオン電池の正極材料には、主にコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、三元系材料、リン酸鉄リチウムなどがあります。リン酸鉄リチウムの安定性により、現在では世界で最も安全なリチウム電池であり、動力電池とエネルギー貯蔵電池の市場を徐々に占めています。

フルーツ電池

2つの金属シートの電気化学的活性は異なり、より活性な金属シートは、果物の酸性物質の水素イオンを置き換えることができます.正の電荷のために、システム全体が安定している必要があるため、元の構成では、バッテリーの場合、電子は回路からシステムを安定に保ちます。理論的には、電流の大きさはフルーツ酸の濃度に直接関係しています。この場合、回路の長さが変わると必然的に回路に変化が生じるため、電圧変化も生じます。

乾電池の応用

乾電池は、携帯用電気機器および機器に電力を供給するために使用されるタイプの電池です。バッテリーは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する役割を担う 1 つ以上の電気化学セルを含むデバイスです。

乾電池は、主に携帯用電子機器や家庭用機器に使用されています。懐中電灯、電卓、おもちゃ、時計、さらには補聴器など、乾電池をベースにした日用品が見つかります。

乾電池は、従来の湿式電池に比べて少し高価です。ただし、次のような利点があるため、価格は妥当です。

・電池 乾電池はコンパクトで持ち運びが容易で、携帯機器に適しています。

- 軽量です。

- 過充電に対する耐性が比較的低い。

- 乾電池の電解質は環境への害が比較的少ないため、乾電池は環境に配慮した実践に最適です。

なぜ乾電池と呼ばれるのですか？

これは興味深い質問です。乾電池といえば、「乾」という言葉を文字通りの意味で捉えている人が多いからです。しかし、実は乾電池の中は完全に乾いているわけではありません。乾電池に使われている電解液は流動性の液体ではなくゲルやペーストです。この形のペーストは、バッテリーを逆さまにしてもそのまま残ります。

これらの乾電池が乾電池と呼ばれる理由は、2 つの有望な理由で説明できます。

まず、これらのセルの電解液は湿っていない状態です。動かしたり、ひっくり返したりしてもこぼれません。このこぼれにくい性質が「乾電池」と名付けられた所以です。

第二に、電解質はペースト状であり、完全な乾電池と同じくらい簡単に持ち運ぶことができます。

乾電池と湿電池の違いは何ですか？

- 乾電池と湿電池には多くの違いがあります。 2 種類の電池の主な違いは、乾電池の電解質がゲルまたはペーストであるのに対し、湿式電池の電解質は液体であることです。

ウェットセルは、伝統的にガラスホルダーで製造されています。電解液は液体のため、注意して使用しないとこぼれる場合があります。これが、電解液が環境に損傷を与える可能性があるため、湿ったバッテリーの使用が非常に危険である理由です。一方、乾電池にはペースト状の電解質が含まれており、必要な水分（低いが十分）を提供します。これは、中断することなく快適な電流の流れに必要です。電解液がペースト状であるということは、乾電池が電解液のこぼれの圧力がなく自由に使用できることを意味します。

湿ったバッテリーは、こぼれる可能性があるため、携帯電子機器での使用には適していません。また、乾電池は漏れがないため、携帯機器や電化製品に最適です。

- 乾電池にはこれらの問題がありませんが、湿式電池の液体電解質はガス抜きが必要なガスを放出することがよくあります。

- 乾電池と充電式電池は、湿式電池に比べて高価です。

- 乾電池は、湿式電池よりもはるかに寿命が長いです。

- 湿式バッテリーは、より大きな電力供給を提供し、蓄電容量の予備を維持できます。乾電池の総出力が湿電池の総出力よりも低いことを考えると、

- 湿ったバッテリーの電解液は非常に危険で、環境に大混乱をもたらす可能性があります。

- 湿式電池は持ち運びが重く、移動が困難ですが、乾式電池は軽量で、危険を冒したり怖がったりすることなく簡単に移動できます。