アルカリ電池とは?原理と特徴について解説。

「アルカリ電池」とは、負極に亜鉛(Zn)、正極に二酸化マンガン(MnO2)、電解液にアルカリ性の水酸化カリウム水溶液を使用した一次電池です。 「アルカリマンガン電池」とも呼ばれます。アルカリ乾電池として普及しており、デジカメ、CD・MDプレーヤー、ミニ四駆など、大電流を必要とする電子機器に使用されます。

 

マンガン電池との違いは電解液にアルカリ性水溶液を使用していることです。

 

本稿では、

「アルカリ電池とはどんな電池?」

「アルカリ電池の原理と特徴について教えて」

という疑問にお答え致します。

 

 

アルカリ電池の概要

 

「アルカリ電池」とは、負極に亜鉛(Zn)、正極に二酸化マンガン(MnO2)、電解液にアルカリ性の水酸化カリウム水溶液を使用した一次電池です。 「アルカリマンガン電池」とも呼ばれます。マンガン電池と並んで、日常的によく使用される最もポピュラーな電池です。

 

円筒形の電池は日常的使用されるため、馴染みがあります。

以下、円筒形乾電池のイラストになります。

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以下、アルカリ電池の特徴をまとめた表です。

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用途

 

アルカリ乾電池の用途は、デジカメ、CD・MDプレーヤー、ミニ四駆など、大電流を必要とする電子機器に使用されます。

 

一方、マンガン電池はリモコンなど小電流かつ瞬時的に使う電子機器に適しているんだな。

 

歴史

 

 アルカリ乾電池の歴史は、1947年アメリカで「クラウンセル」販売が初とされます。

 

構成

 

アルカリ電池の構成は以下の通りです。

 

  • 正極 二酸化マンガン(粉末)
  • 負極 亜鉛(粉末)
  • 電解液 水酸化カリウム
  • セパレータ

 

マンガン電池では、二酸化マンガンだけが粉末でしたが、アルカリ電池では亜鉛も粉末を使用することで、比表面積が大きくなり、大きな電流が取り出せるようになりました。

 

さらに、マンガン電池では、電解液に塩化亜鉛水溶液を使用していましたが、アルカリ電池では水酸化カリウムを採用することで導電性が向上して、大きな電流が取り出せるようになりました。

 

比表面積が大きいと接触面積が大きくなり抵抗が下がります。導電性が向上すると抵抗が下がります。結果的にどちらも高出力に繋がります。

 

アルカリ電池の構造は以下の通りです。マンガン電池思想が大きく異なります。この構造は「インサイドアウト構造」と呼ばれます。

 

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反応

 

アルカリ電池の放電反応は図のとおりです。

 

  • 負極では亜鉛が水酸化物イオンと反応して酸化亜鉛と水を生成し、電子を放出します。
  • 正極では二酸化マンガンが電子を受け取り、水と反応して水酸化マンガンを生成します。

 

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負極で生成した水が正極で使用されるのがポイントです。これはマンガン電池と同様に、水が生成すると分極して起電力が下がるのですが、正極で反応するため起電力が下がるのを防いでいます。つまり、二酸化マンガンは「減極剤」として働いていています。

 

起電力

 

円筒1.5Vです。角型9Vです。

 

特徴

 

アルカリ電池の特徴は以下のとおりです。 

 

メリット

  • 大容量
  • 大電流を取り出せる


デメリット

  • 価格がマンガン電池の2~3倍

 

マンガン電池との違い

 

アルカリ電池は、 マンガン電池と異なり、大容量で大電流が取り出すことができます。そのため、ミニ四駆など高出力向けの電子機器に向いています。

 

一方で、マンガン電池は、容量は少ないですが、休ませると容量が回復する性質をもっているため、リモコンなど一瞬使用するものに向いています。

 

以下、各電池の持続時間イメージを示した図になります。アルカリ電池が優れていることがわかると思います。

 

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