レドックスフロー電池

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注目の蓄電池!亜鉛・臭素電池の仕組みと利点

電池は、化学変化を使って電気を起こす仕組みです。亜鉛と臭素を使った電池を例に説明します。この電池は二次電池と呼ばれ、繰り返し充電して使うことができます。電池の中には、プラスとマイナスの二つの極と、電気を伝える液体(電解液)が入っています。マイナスの極には亜鉛、プラスの極には臭素が使われています。電池に電気をためることを充電と言いますが、充電中は電池の外から電気を送り込みます。すると、マイナスの亜鉛の表面から小さな粒が溶け出し、電気を帯びた亜鉛の粒(亜鉛イオン)となって電解液の中に広がっていきます。同時に、プラスの極では臭素が電気を帯びた臭素の粒(臭化物イオン)に変化します。このように、物質が電気を帯びた粒に変化することをイオン化といいます。充電された電池を使うことを放電と言います。放電中は、充電時とは逆のことが起こります。電解液に溶けていた亜鉛イオンはマイナスの極に戻って金属亜鉛に戻ります。プラスの極では、臭化物イオンが臭素に戻ります。この時、物質の変化に伴って電気が流れ出すのです。このように、亜鉛と臭素を使った電池は、充電時には電気をため込み、放電時には電気を外に出すことができます。この充電と放電を繰り返すことで、繰り返し電気を利用できるのです。亜鉛と臭素を使った電池は構造が比較的簡単なので、電池の仕組みを学ぶ上で良い例と言えるでしょう。
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亜鉛・塩素電池:未来の蓄電池?

電池は、化学変化を使って電気を起こす道具です。亜鉛と塩素を使う電池を亜鉛・塩素電池と言い、何度も使える蓄電池の一種です。この電池は、亜鉛と塩素が電気をためたり、放出したりする時に起こる変化を利用しています。電池の中には、電気を流す液(電解液)が入っています。放電、つまり電池から電気を取り出す時には、電池のマイナスの側(負極)にある亜鉛が溶けて亜鉛イオンになります。この時、亜鉛は電子を放出します。この電子が電線を通って移動することで電流が生まれます。プラスの側(正極)では、塩素が電子を受け取って塩化物イオンに変わります。亜鉛イオンと塩化物イオンは、電解液の中を移動します。充電、つまり電池に電気をためる時には、この反応が逆向きに起こります。外から電気を送ることで、亜鉛イオンは電子を受け取って亜鉛に戻り、塩化物イオンは電子を放出して塩素に戻ります。このようにして、亜鉛と塩素が再生され、再び放電に使えるようになります。これを何度も繰り返すことで、電気を蓄えたり放出したりできるのです。亜鉛・塩素電池は、同じ大きさや重さで多くの電気をためることができるのが特徴です。これはエネルギー密度が高いと言い表せます。亜鉛と塩素は軽い物質なので、多くのエネルギーを取り出せるのです。また、亜鉛は地面の中にたくさんあり、塩素も海から簡単に手に入ります。材料が豊富で安いことも大きな利点です。さらに、亜鉛・塩素電池は寿命が長く、正しく使えば数千回も充放電を繰り返すことができます。これらの特徴から、将来有望な電池として研究が進められています。
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注目されるレドックス・フロー電池とは?

酸化還元反応という化学反応を利用して電気をためたり、放出したりする蓄電池に、レドックス・フロー電池というものがあります。この電池は、電気をためるしくみが他の電池とは大きく異なり、電解質と呼ばれる液体をタンクに貯蔵し、ポンプを使って循環させるという画期的な方法を採用しています。一般的な電池では、電池内部にある電極自身で化学反応が起こり、電気を生み出します。しかし、レドックス・フロー電池では、電極は反応せず、電気をためたり放出したりする役割を担うのは、タンクから運ばれてくる電解質です。この電解質には、酸化還元反応を起こしやすい物質が溶けており、電池内部でこの物質が化学変化を起こすことで、電気をためたり放出したりするのです。充電する時は、外部から電気を供給することで電解質の中の物質を酸化または還元し、タンクに送り返します。放電する時は、タンクから運ばれてきた電解質の中の物質が電池内で酸化または還元反応を起こし、その際に電気が生み出されます。このように、電解質はタンクと電池の間を循環しながら、電気をためたり放出したりする役割を果たします。まるで、液体の燃料を電池に供給して発電するようなイメージです。さらに、レドックス・フロー電池はタンクの大きさを変えるだけで容易に電池容量を調整できるため、大型化に適しています。これは、他の電池では実現が難しい大きな利点です。この特徴を生かして、太陽光発電や風力発電など、再生可能エネルギーの出力変動を調整する大規模蓄電池としての活用が期待されています。