【演習問題】電流効率とは?電流効率の計算方法【リチウムイオン電池部材のめっき】

【演習問題】電流効率とは?電流効率の計算方法【リチウムイオン電池部材のめっき】

 

こちらのページでは電気化学と密接な関係があるめっき関連のテーマである

 

・電流効率とは?電流効率の計算方法

 

・電流効率が100を超えることはあるのか?

 

というテーマで解説しています。

 

 

電流効率とは?電流効率の計算方法

電流効率とは、電気分解やめっきなどのファラデーの法則に従う電気化学反応(電子授受反応)において、
電流効率=起こってほしい反応に使用された電気量/通電したすべての電気量×100[%]で表される量のことを指します

 

流した電気量のどの程度がきちんと反応したかを表す量とも言えるでしょう。

 

具体的な例を元に考えた方がより理解できると思いますので、以下の演習問題を用いて、電流効率について考えていきましょう。

 

演習問題

 

ラミネート型のリチウムイオン電池ではタブリードと呼ばれる薄い金属部材を使用し、負極ではNiめっき処理をした銅を使用することが一般的です。

 

このNiめっきを行う際に、ファラデーの法則に従う電気めっきを行うとします。

 

100mAで50分間通電したとし、その際のタブリードの質量増加分が0.01gであったとした場合の電流効率を計算してみましょう。

 

 

解法

 

まず、通電したすべての電気量を考えてみましょう。

 

100mAで8分間させ、また単位が[C=A・s]であることに注意しますと、0.1A×8min×60s/min=48C流れた計算になります。

 

そして、Niのモル質量は58.69g/molであることを使用しますと、0.01/58.69=1.704×10^-4mol分増加したことになります。

 

この質量増加に使用された電気量を考えますと、Ni2+ + 2e- → Niの反応が起こることに注意して、ファラデーの法則から電子はNiの2倍分、つまり1.704×10^-4mol× 2 = 3.408×10^-4molの電子が流れたことになります。

 

ファラデー定数96500C/molであることに注意しますと、3.408×10^-4 × 96500=32.89Cの電気量が使用されたことがわかります。

 

すると電流効率は32.89 / 48×100=68.52%というように計算できます。

 

 

なお、リチウムイオン電池で使用する用語のクーロン効率(充放電効率)とは別物ですので、気を付けましょう。

 

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電流効率が100を超えることはあるのか?

測定結果によって電流効率が100を超えることがあるという話をしばしば聞きます。

 

ただ、理論的に電流効率が100%を超えることはあるのでしょうか? 実は、理論上、電流効率が100%を超えることはありません。

 

そのため、電流効率が100を超えた場合は測定結果がおかしいです

 

測定結果の単位換算であったり、値の記入ミスなどがないかを確かめるか、再度測定しなおすといいです。

 

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