電池容量とは？（大学受験）

質問

よろしくお願いいたします。

問題は、
電池の性能を表すものとして、重量あたりの電池容量（Wh/kg）と容積あたりの電池容量(Wh/l)があり、いずれもエネルギー密度といわれている。鉛蓄電池の場合、他の電池と比べて重量あたりの電池容量の値が小さい。その理由を述べよ。
です。

解答は
電極物質の比重が大きく、難溶性の硫酸鉛が生じて電極内部まで反応が進まないから。
です。

「電極物質」つまり、Pb, PbO2の比重が大きい。また、生成物として両極には、「難溶性の硫酸鉛が生じ」るため、「電極内部まで反応が進まない」。これの意味はわかりました。ですが、この理由＝「他の電池と比べて重量あたりの電池容量の値が小さい」となるのがいまいちよくわかりません。そもそも、重量あたりの電池容量というのがよくわかりません。
電極物質の比重が大きいことや、電極の内部まで反応が進まないことが、どのように関係するのですか？

勉強不足ですが、よろしくお願いいたします。

回答No.1

teuu · ベストアンサー

電池ってなんでしょうか？
電位を発生させるものですね。
まぁ高校化学で言うところの電池は、電流を発生させるためのものです。

電流とは電子の流れです。
電子が流れなければ電流とは呼べない、発生しない。

いいですか。
基本的に電子はその辺を飛びまわっていたりしません。(細かい突っ込みは却下)
電子とは原子の中にあるものです。(これまた細かい突っ込みは(略))
したがって、電子を動かそうとするならば、
その原因をつくらなければなりません。
それが電極であり、電池の仕組みです。

片方の電極で電子が余り、片方の電極で電子が必要とされる。
式は忘れました。得意だったのになぁ。
だから導線でつながれたとき、余った電子は必要としている電極のほうへ流れます。
これが電流の発生、ひいては電池の仕組みです。

さて仕組みがわかったところで、問題の関係。
まず鉛は重い。
でも原子1個あたりで放出する電子の数は決まっている。
電子の流れた数が電流が流れた量ですからね。
もっと軽い電極なら、１００ｇで１０００個分子があって１０００個電子が放出されたのに、
鉛だと１００ｇで５００個しか分子がなくて、５００個しか電子が放出されない。
ということになる。
これが比重が大きいと電池容量が少ない理由。
電池容量、すなわち電流が流れる総量が少ないということ。
１００ｇで携帯1時間通話できる電池と、１００ｇで携帯30分しか通話できない電池ってことですよ。

硫酸鉛のほうは、あたりまえ。
１００ｇの鉛を電極に使っていても、
実際最初の表面の２０ｇくらい化学反応おこさせたところで、
硫酸鉛に表面コーティングされて、
硫酸が鉛に届かない。
ということは化学反応が起きない　＝　電子が放出されない
＝　電流が発生しない
ってこと。
すなわち、１００ｇの電極棒をつかっても、結局２０ｇ分の価値しかないことになる。
上記の携帯の例なら、１００ｇで30分通話できると思ってたら、
さらに1/5の6分しか通話できなかったというわけですわ。

わかりましたか？
ちなみに私の家庭教師の相場は最低で時給3500円です。
これ書くのに20分以上かかったんで、約1200円の文章ですよ(笑)

お礼

ご回答ありがとうございました。
ポイントは、鉛は重い、一分子当たりの重さが重いので、一定重量に含まれる分子の数が少ない、そのため、放出される電子の量が少ないということですね。
かつ、硫酸鉛の場合、表面に膜ができるので、反応は表面しか起こらないため、より効率が悪いということですね。大変よくわかりました。ありとうございます。
gooの回答者さんには貴重な時間を割いていただいて感謝しています。give and takeですかね。助け合いの心が日本中に広まればいいのになあ。