充電式電池はどのように機能するのでしょうか?
1. 充電:充電器などの外部電源がセルに接続されると、電気エネルギーが供給されます。印加された電圧により、セル内で化学反応が引き起こされます。
2. アノードとカソードの反応:
- 充電中、プラス端子 (カソード) は電解液からプラスイオン (カチオン) を引きつけ、マイナス端子 (アノード) はマイナスイオン (アニオン) を引きつけます。
- アノード:金属原子 (リチウムイオン電池のリチウムなど) は酸化され、電子を失い、正に帯電したイオン (リチウムイオン) になります。これらのイオンは陰極に向かって移動します。
- カソード:アノードからの正に帯電したイオンがカソードに存在する物質と結合し、電子を獲得して中性原子になります。
3. 電解質:
- 電解質は媒体であり、通常は液体またはゲルであり、アノードとカソードの間でイオンの移動を可能にします。アノード材料とカソード材料を直接混合することなく、イオンの流れを促進します。
4. 化学結合の形成:
- 充電中、正極材料と挿入イオン (リチウムイオン電池のリチウムイオンなど) の間に化学結合が形成されます。このプロセスでは、電気エネルギーが化学エネルギーとしてセル内に保存されます。
5. 放電:
- セルが電力を必要とする外部デバイスまたは負荷に接続されると、セルに蓄えられた化学エネルギーが放出されます。
- 充電プロセスの逆が発生します。アノードの金属原子は電子を獲得して中性になり、カソードの物質はイオンを放出して電子を受け取ります。
- イオンと電子の動きにより電流が発生し、外部回路に電流が流れ、デバイスに電力が供給されます。
6. 充電:
- セルの化学エネルギーがなくなった場合は、再度電源に接続することで再充電できます。充電プロセスにより、セルの元の化学組成が復元され、次の放電サイクルに備えます。
充電式セルは複数回の充電と放電のサイクルを繰り返すことができるため、再利用可能な電気エネルギー源になります。ただし、充電式セルの効率と寿命は、セルの化学的性質、充電条件、使用パターンなどの要因によって異なります。