講演資料（大堺） 5177KB

（理学部サイエンスセミナー）
電気と化学とエネルギー
化学科
大堺 利行
2005年7月31日
ベーシック 電気化学
大堺利行， 加納健司， 桑畑 進 共著
化学同人, 平成12年9月
電気化学の樹
化学物質
☞
電池
電気分解
電気エネルギー
を研究する学問
電池は
いつ，どこで
できたの？
?
約２千年前，イラクの首都バクダットでメッキ用に使われていたと言われている。
1938年に発掘された。
http://www.unmuseum.org/bbattery.htm
ボルタ
（伊，1745∼1827）
著作権のため図を削除しています
ボルタの電池（1800年）
ガルバニ（伊）のカエルの実験
避雷針
!
２つの金属の弧
動物電気説
（1791）
http://www.italian-american.com/volta.htm
http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/galvani.htm
ボルタの電池（電堆・パイル）
銅（または銀をかぶせた銅）
亜鉛（またはスズ）
電流
塩水で湿らせた布（または紙）
化学物質
電気エネルギー
世界初 の電池
しかし，ボルタの考えは間違っていた…
著作権のため図を削除しています
電気の発生源は金属の接触部分ではなく，
金属の溶解という化学反応だった。
ボルタの電池を作ってみよう！
レモン
（果汁中に
6%クエン酸）
リード線
（２本）
プロペラ付き
モーター
銅板
亜鉛板
レモン電池
でも，すぐに
止まってしまう…？
？
http://www.italian-american.com/volta.htm
分極 のため，反応が進行しなくなる。
著作権のため図を削除しています
そこで，一工夫…
銅板をガスバーナーで焼く。
Cu + (1/2)O2 → CuO (黒)
これを正極に使うと…
2H+ + 2e‒ → H2↑
分極
CuO + 2e‒ + 2H+ → Cu + H2O
どうなるのか？ やってみよう！
同じような工夫は，実際の電池にも
行なわれています。
‒
Zn → Zn2+ + 2e‒
+ MnO2 + 2H2O + 2e‒ →
2MnOOH + 2OH‒
長く使えるけど，
使い捨て（一次電池）。
http://panasonic.co.jp/mbi/forest/
充・放電ができる
電池（二次電池）の例
鉛蓄電池
著作権のため図を
正極： PbO2 + 4H+ + SO42– + 2e– ↔ PbSO4 + 2H2O
削除しています
PbSO4 が難溶性！
負極： Pb + SO42– ↔ PbSO4 + 2e–
何回でも充・放電可能
しかし，重いのが欠点
リチウムイオン（二次）電池
‒
LiC6 → C6 + Li+ + e‒
（C6 ： グラファイトなどの炭素材料）
+ CoO2 + Li+ + e‒ → LiCoO2
起電力大：4.2∼3.0 V
エネルギー密度大： 75∼100 Wh kg‒1
http://panasonic.co.jp/mbi/forest/
最近の高性能二次電池を使ったハイブリッド車
高出力Ni-MH（ニッケル水素）
バッテリー
燃費は約2倍に向上、
http://toyota.jp/prius/
ＣＯ2の排出量は約半分
電気を蓄えれるのは
わかったけど，
どうやって作るの？
関西電力の発受電電気量
（2002年度）
http://www.kepco.co.jp/index.html
可採年数
どうする？
http://www.italian-american.com/volta.htm
出典 ：石油、石炭、天然ガスは「;I統計2004」、ウランは OECD/NEA「IAEA URANIUM2001」
エネルギーを使わない（省エネルギー）
代替エネルギーを開発する
その一つとして，新しい原子力発電…
軽水炉
著作権のため図を削除しています
可採年数： 61年
（2001年現在）
高速増殖炉
著作権のため図を削除しています
可採年数：61年
→ 数十から数百倍
1995年12月ᲽᲽ二次冷却材ᶍᷜᷚ᷼ᶸᷲ漏洩事故Ჽ／Ჽ᷽ᷩᷚᷝᶸᷲᶍ危険性
原子力以外の
代替エネルギーは
あるの？
無尽蔵でクリーンなエネルギー源
太 陽
現在の使用量の
１万倍以上！
太陽電池
（半導体型）
http://www.mitsubishielectric.co.jp/index.html
本多・藤嶋効果
1969年
電流
著作権のため図を削除しています
水素
水素エネルギーの使い方
（１）燃やす
H2 + (1/2)O2
熱エネルギー
→ H2O +
力学的エネルギー
（２）燃料電池
化学エネルギー → 電気エネルギー
http://www.nef.or.jp/index.html
燃料電池自動車
トヨタFCHV
http://www.h-tec.com
出力：500 mW
価格：40,000 円
http://www.jafmate.co.jp/mate-a/bak/fcev/toyota.html
出力：90 kW
31,500,000 円！
（ただし30ヶ月間のリース料）
まとめ
化学エネルギー
水素など
金属・金属酸化物など
光電池
（本田・藤嶋効果）
燃料電池
光エネルギー
太陽電池
一次電池
二次電池
（放電）
（充電）
電気エネルギー
将来のエネルギー問題・環境問題
を解く鍵は…
電気化学
Electrochemistry
燃料電池自動車走行実演
http://www.h-tec.com