ニカド電池という名前、聞いたことはありますか？正式にはニッケル・カドミウム電池と呼ばれるもので、昔から充電できる電池として広く使われてきました。工具や無線機、昔のコードレス機器などで活躍してきた電池です。
そしてこの電池のポイントは、内部で起こる化学反応にあります。電池の中では、金属と電解液が反応して電子が動き、その流れが電気として取り出される仕組みです。
では具体的に、ニカド電池の中ではどんな反応が起きているのでしょうか。このページでは、ニカド電池の原理を理科の実験のイメージで整理していきます。
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まず押さえておきたいのが、ニカド電池の中にある電極です。電池には必ず正極と負極があり、この2つの材料の違いが電気を生み出すもとになります。
ニカド電池の場合、それぞれの電極は次の材料でできています。
──こうした材料が組み合わさって、電池の中で化学反応が起きるようになっています。ニカド電池は「ニッケル」と「カドミウム」の反応を利用して電気を生み出す電池というわけですね。
電池が働くとき、負極のカドミウムでは電子が外に出ていきます。その電子は外部回路を通って正極へと流れ込みます。この電子の移動こそが、私たちが取り出している電気なんです。
つまり、電池は「電子を流す仕組み」を内部の化学反応で作り出している装置だと考えると理解しやすいでしょう。
ニカド電池はニッケルとカドミウムの化学反応によって電子を流し、電気を取り出す電池です！
では、実際に電気を使っているとき、つまり放電しているときにはどんな反応が起きているのでしょうか。
ニカド電池では、負極のカドミウムが反応して水酸化カドミウムに変化します。そのときに電子が外へ出ていきます。一方、正極では水酸化ニッケルが電子を受け取り、別の状態へと変化します。
放電のときの流れを簡単にまとめると次のようになります。
──この一連の流れが続くことで、電池から電気を取り出すことができるのです。だからこそ、材料が反応し続ける限り電気が取り出せるという仕組みになるのですね。
放電ではカドミウムが電子を放出し、その電子が回路を流れることで電気が生まれるのです！
ニカド電池の大きな特徴は、やはり充電できることです。これは、電池の中の化学反応を逆向きに戻すことができるからです。
外部から電気を流して充電すると、放電のときとは逆の反応が起こります。つまり、水酸化カドミウムや変化したニッケル化合物が、元の状態に戻っていくのです。
充電では、次のような変化が起きています。
──こうして電池の材料が元の状態に近づくことで、再び電気を取り出せるようになるのです。ニカド電池が何度も使えるのは、化学反応を充電で逆向きに戻せるからだということですね。
ニカド電池は化学反応を逆に戻せるため、充電して何度も使える電池なのです！
ここまでで、ニカド電池の原理を見てきました。電池の中では見えないところで化学反応が起き、その結果として電子が流れているんですね。
まとめると──
──以上3点が、ニカド電池の仕組みを理解する基本になります。
理科の電池は難しそうに見えますが、ポイントは意外とシンプルです。材料が反応して電子が動く──その流れが電気になるということ。そして充電できる電池では、その反応を逆に戻すことができるわけです。ニカド電池の原理は「化学反応と電子の流れ」の組み合わせで説明できるということですね。
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