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生活のあらゆるシーンでお世話になっている電池ですが、そのメカニズムっていったいどうなっているのでしょう。あんな小さなモノの中に電気が蓄えられているなんて不思議です。放って置けばいつの間にか自然放電するなどアクシデントもあり、扱いによっては発火の危険もあるようです。ここでは、電池にまつわる基礎的な知識について調べてみましょう。

電池のメカニズム（仕組み）はどうなっているの？

電池のしくみはイオンがカギ

物質が科学変化をおこすときに、電子を得たり失うことにより電荷をおびることをイオンといいます。電池は金属のイオンへのなりやすさの差を使い、電気を取り出すというしくみです。つまり同じ金属同士では、電池が作れません。最初に電池を発明した「ボルタの電池」では、亜鉛と銅を用い、化学変化を起こさせるためにうすい硫酸を使いました。硫酸の中に導線でつないだ銅板と亜鉛板を入れます。すると、よりイオンになりやすい亜鉛は硫酸に溶け出し、亜鉛板に残った電子は、導線を伝わって銅板へ移動します。この電子の流れが電流です。

プラス極とマイナス極を金属差でつくる

電子は銅板にたどり着くと、硫酸の中にある水素イオンと結びつき水素原子から水素分子ができます。銅板からは水素ガスが発生することになります。こうして電子が消費されると、また亜鉛から電子が移動してきます。この一連の流れが回路となります。亜鉛板は-極（マイナス極）、銅板が+極（プラス極）です。イオン化の傾向の強弱によって、電池のしくみが成り立ちます。通常の乾電池では、マグネシウム・アルミニウム・亜鉛のいずれかをマイナス極として、銅をプラス極に利用する場合が多いようです。

電池の充電のメカニズムを知りたい！

一次電池はマイナス側の金属が溶けてなくなる

電池を使う＝放電をしていくと、マイナス極側の金属は溶けてどんどんやせ細っていきます。ついには電子を送るための反応が起こらなくなり、電気を取り出すことができなくなります。一次電池はマイナス極の金属がなくなれば、交換するしかありません。二次電池は充電することにより、マイナス極側の金属を復活させる反応を起こしています。その方法として、逆向きに電流が流れる状態を作ります。電流が逆行すると、プラス極で金属が溶けてイオンとなり、マイナス極でイオンが金属となって蘇ります。自然では起こりえない状況を、高エネルギーを与えることで作り出しているのです。

充電とは外からのエネルギーで反応を逆転させること

元々は、イオン化への差異を利用して電池のしくみができあがっています。それを逆転させて反応を起こすことは、自然の力では成り立ちません。プラス極の溶けにくい金属をとかして電子を作り、マイナス極の溶けやすい金属側に流すわけです。無理に電流を流すためには、外からのエネルギーが必要になります。また実際の充電時に起こる反応は、それほど単純なものではありません。特に高い電圧を維持するためには、さまざまな工夫が必要です。そのためボルタの電池のうすい硫酸にあたる電解液には、有機溶媒系という特殊な溶液が開発・利用されています。

危険！電池の液漏れや劣化、発火のメカニズム

今の電池は液漏れしない　はウソ

現代の電池は技術の向上により液漏れしにくくなっている、といわれます。しかしこれは、新品の電池の場合。一度使い始めると、取扱いによって液漏れは起こります。そもそも電池の液漏れとはどういう状態なのでしょうか。使いかけた電池の内部では常に化学反応が進行しています。誤った扱いや、急激な温度変化など異常な条件下では、大量のガスが発生することで電池内部の圧力が高まります。破裂の危険性を回避するため、電池は安全にガスが抜ける構造となっているのです。この時、ガスとともに電解液が外部に流れ出るのが、液漏れといわれる現象です。液漏れの原因となる条件としては、次の様なものが挙げられます。

• 経年劣化による電池の腐食
• 過放電（電池の入れっぱなし）
• 機器のスイッチの切り忘れ
• 異なるメーカーや、新旧の電池を混ぜて使う

怖い！電池が発火する？

一次電池・二次電池とも正しい取扱いをすることで、安全に利用できます。無理な扱いや、異常な環境下に置くことで、電池の劣化が早まり、発熱や発火、爆発といった危険な事態が起こる可能性があります。電池を利用する際には、次のようなことに留意するようにしてください。

• ダッシュボードや窓際など直射日光の当たる場所に置かない
• 炎天下の車内など、高い温度になる場所には放置しない
• 水、海水、ジュース、コーヒーなどの液体をかけないようにする
• 水没させない
• 充電池は指定以外の充電器・付帯している以外のＡＣアダプターで充電しない
• 一次電池を充電しない
• 機器に入れる際には極の向きに気をつける
• 入りづらい機器には無理に接続せず、説明書を確認する
• ヘアピン、コイン、鍵などの金属に極部分が触れないようにする