【初心者ノート】鉛バッテリー(自動車、バイクなど)のしくみ(アニメーション)

鉛バッテリー充電のアニメーション 科学

二次電池(充電することで繰り返し使える電池)の1つである鉛バッテリー。自動車やバイクにはなくてはならないものです。

 

鉛バッテリー

この鉛バッテリー、水素ガスが出るんじゃないの?だとしたら繰り返し使えないんじゃないの?という誤った疑問から、どのような化学反応で電気を充電放電しているのかを調べてみました。

鉛バッテリーの材料

まず鉛バッテリーに使われている材料です。

希硫酸(H2SO4)液

鉛(Pb)の板…陰極(マイナス)

二酸化鉛の板…陽極(プラス)

その他…容器や電極など

バッテリー内の化学反応(放電時)

陰極(マイナス)側

(Pb)希硫酸(H2SO4)に触れると電子を放出硫酸鉛(PbSO4)に変化します。

希硫酸からは水素原子(H)が2個離れますされます。
この水素原子は電子を持っていませんので、プラスイオン状態です。

から放出された電子は回路を伝わって陽極側に移動します。

陽極(プラス)側

二酸化鉛(PbO2)の中の鉛も希硫酸(H2SO4)と反応し、酸素原子(O)2個を離して硫酸鉛(PbSO4)に変化します。

このとき陽極側でも、希硫酸からは水素原子(H)が2個離れますされます。
この水素原子は電子を持っていませんので、プラスイオン状態です。

希硫酸液の中には陰極(マイナス)側で離された水素原子(イオン状態)2個、陽極(プラス)側で離された水素原子(イオン状態)2個で計4個水素原子と、陽極(プラス)側で二酸化鉛から離された酸素原子2個が余っている状態です。
ここに陰極(マイナス)から移動して来た電子が合わさり、水(H2O)分子が2個できます。

鉛バッテリー放電のイメージ

放電時のイメージをアニメーションで表してみます。

鉛バッテリー放電のアニメーション

バッテリー内の化学反応(充電時)

 

陽極(プラス)側

硫酸鉛(PbSO4)硫酸(SO4)鉛(Pb)が分離します。

水(H2O)2個水素4個と酸素2個が分離し、この酸素2個とが結合して二酸化鉛(PbO2)になります。
このとき電子が放出され、回路を伝わって陽極(プラス)側から陰極(マイナス)側へ移動します。
余った水素は水素イオンの状態になっています。

陰極(マイナス)側

硫酸鉛(PbSO4)硫酸(SO4)鉛(Pb)が分離し、鉛原子は陽極から陰極に移動してきた電子を受け取り、金属の鉛(Pb)になります。

硫酸(SO4)はマイナスイオン状態で、陽極側で余ったプラスイオン状態の水素と結びつき、希硫酸になります。

鉛バッテリー充電のアニメーション

まとめ

いかがでしたか?
鉛バッテリーの放電、充電のイメージをつかんでいただけましたか?

この鉛バッテリーの電圧は約2Vで、自動車用の鉛バッテリーは上記のしくみを6個直列にしてあり12Vの電圧があります。
ミニバイクなどは上記のしくみを3個直列にして6Vになっています。

厳密に言えば多少間違っているところがあるかもしれませんが、あくまでイメージですのでご容赦ください。

参考サイト

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