アルカリマンガン乾電池の構成と反応、特徴

アルカリマンガン乾電池の構成と反応、特徴

 

こちらのページでは、

 

・アルカリマンガン乾電池のマンガン乾電池との違いと特徴

 

・アルカリマンガン乾電池の構成と反応

 

・アルカリマンガン乾電池の特徴と一次電池を充電してはいけない理由

 

について解説しています。

 

 

アルカリマンガン乾電池のマンガン乾電池との違いと特徴

アルカリマンガン乾電池もマンガン乾電池と同様、一次電池に分類され、かつマンガン乾電池と共通する部分もいくつかあります。

 

アルカリマンガン乾電池とマンガン電池では、使用する正極、負極活物質の元素自体
(正極:二酸化マンガン、負極:亜鉛)は同じなのですが、構造に違いがあります

 

マンガン電池では、外装ケースも兼ねた亜鉛の缶として負極活物質を使用しているため、反応比表面積が小さいです。

 

それに対してアルカリマンガン乾電池では、亜鉛を粉末にしており、かつ電解質に
ゲル化剤(CMC(増粘剤とも呼ぶ))を加え粘度を調整、亜鉛が均一に分散する構造になっています。

 

そのため、比表面積がマンガン電池より大きく、内部抵抗が小さいため、マンガン電池より大きな出力、電流を取り出せます。

 

また、電解液に水酸化カリウム(KOH)水溶液を使用していることも異なります。

 

これは水酸化カリウムが電離した際に生成される、水酸化物イオンOH-は移動速度が
プロトン(H+)よりも早く、電解液の移動抵抗を低減、つまり電池全体としても内部抵抗を低減できることが
使用されている理由です。

 

特徴は以下の通りです。

 

マンガン電池より高出力、高電流を取り出せる
そのため、モーターやラジコンカー等の高い出力を要する製品向き
電解液にアルカリ性の水酸化カリウム水溶液を使用しているため、液漏れ時に人体     への被害が大きい。

 

(※コストは以前はマンガン電池の方がより安価だったのですが、2017年現在ではほぼ同等といって
 良いでしょう)

 

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アルカリマンガン乾電池の構成と反応

アルカリマンガン乾電池は繰り返し充電できない一次電池に分類されます。

 

アルカリマンガン乾電池の構成する材料は以下の通りです。

 

使用材料

 

正極
・正極活物質:二酸化マンガン(MnO2)(マンガン電池と同じ)
・導電助剤:カーボン(C)(二酸化マンガンは導電性が低いため、添加)

 

負極
・負極活物質:亜鉛(Zn)(マンガン電池と同じ)
・添加剤:ビスマスやインジウム(水素発生の防止

 

セパレータ
・セパレータ:紙セパ

 

電解液
・電解液溶媒:水
・電解質:水酸化カリウム
・添加剤1:酸化亜鉛
・添加剤2:ゲル化剤(CMCやポリアクリル酸)
※マンガン電池と電解液が異なります。

 

を使用しています。

 

 

アルカリマンガン乾電池の構成と反応

 

上述の材料を組み合わせたアルカリマンガン乾電池の構成は以下の通りです。

 

 

 

正極材料はマンガン乾電池と同じなのですが、電解液が異なることで水溶液のpHが変化し
(アルカリマンガン乾電池ではアルカリ性)電解液中の反応物質も変わるため、
反応はマンガン乾電池と異なります。

 

負極側も同様にpHの観点からこちらもマンガン乾電池と反応が異なります。

 

反応式は以下の通りです。

 

 

 

アルカリマンガン乾電池では電解液のpHが高い、つまりアルカリ性であるため
言葉の通りアルカリマンガン乾電池と付くのでしょう。

 

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アルカリマンガン乾電池の特徴と一次電池を充電してはいけない理由

 

アルカリマンガン乾電池の特徴は以下の通りです。

 

おおよその電池の各パラメータは以下の通りです。

 

各パラメータ
・理論的な質量あたりの容量:224 Ah/kg (マンガン乾電池と同じ)
・理論的な質量エネルギー密度:336 Wh/kg
・公称電圧:1.5V
実際の容量(単3電池の場合):800〜2000mAh程度(電池や通電電流によります)
・実際の質量エネルギー密度:125 Wh/kg程度 (マンガン乾電池より大きい)
・形状:円筒系、ボタン電池がメイン

 

 

また、上述した特徴も再記載しておきます。

 

特徴

 

・マンガン電池より高出力、高電流を取り出せる

 

・そのため、モーターやラジコンカー等の高い出力を要する製品向き

 

・電解液にアルカリ性の水酸化カリウム水溶液を使用しているため、液漏れ時に人体への被害が大きい。

 

(※コストは以前はマンガン電池の方がより安価だったのですが、2017年現在ではほぼ同等といって
 良いでしょう)

 

 

一次電池を充電してはいけない理由

 

・例えばアルカリマンガン乾電池を充電しようとしますと、先に電解液の分解などの反応が起きてしまい膨れが起きたり異常状態となる場合があるため、充電してはいけません。

 

充電できる電池、例えばリチウムイオン電池などでも充電し過ぎると過充電状態となり、電解液の分解などから、異常状態、破裂・発火につながることがありますので、気を付けましょう。

 

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