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マンガン乾電池(塩化亜鉛乾電池)の構造と電流が流れる仕組み

マンガン乾電池(塩化亜鉛乾電池)

起電力1.5Vの電池である。構造は次の通りである。

(-) Zn | ZnCl2 aq, NH4Cl aq | MnO2・C (+)

https://www.neomag.jp/

電解質溶液のZnCl2、NH4Clを主成分とした水溶液は、内部に液体が漏れないように合成糊などを使ってペースト状にしてある。

負極(酸化)反応

Zn → Zn2+ + 2e

正極(還元)反応

MnO2 + H2O + e → MnO(OH) + OH

正極の炭素棒は安定の物質であるため電子を受け取らず、周囲のMnO2に電子が与えられる。その結果、NH4+と次のように反応する。

MnO2 + e + NH4+ → MnO(OH) + NH3

もしくは次のように表される。

2MnO2 + 2e + 2NH4+ → Mn2O3 + 2NH3 + H2O

Mnの酸化数が+4から+3に減少し還元されている。反応が複雑であるため、記憶する必要はない。また、これらの反応は確実にわかっているわけではない。

また、負極で発生したZn2+は正極のNH3と出会って錯イオン[Zn(NH3)42+や[Zn(NH3)22+が生じる。錯イオンが形成されることによって、負極のZn2+の濃度が下がり、Znのイオン化がスムーズに進行する。放電によって水が消費されるため、水漏れが少ないのも利点である。

ルクランシェ電池

マンガン乾電池のベースとなっている電池である。ルクランシェ電池は、素焼きの円筒内に炭素棒(正極)を立て、その周囲にMnO2とCの粉末を詰めている。また、亜鉛棒(負極)をNH4Claqに浸している。

正極活物質はMnO2、負極活物質はZnである。どちらも固体であるため、溶液の混合や水素発生による分極は起こらない。

https://www.britannica.com/

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