海水電池のソースを表示

'''海水電池'''(かいすいでんち、{{lang-en-short|seawater cell}})とは、[[リザーブ電池]]であり、[[鹹水]]を[[電解液]]として利用する[[注水電池]]の一種である<ref group="" name="電池"/>。
これは、原理的には、[[ボルタ電池]]の一種である<ref group="" name="化学のコンセプト_歴史的背景とともに学ぶ化学の基礎"/>。

[[海水]]程度の濃度で動作するので、[[海面|海上]]での利用(海水を注入して動作させる)を想定して、「海水」の名が冠されている。

なお、塩化銅注水電池などは[[水電池]]として区別される<ref group="" name="電池のすべてが一番わかる"/>。

==動作原理==
この電池は、安定した保存のために、電槽中に鹹水が入っていない状態で保存されている。
使用する時には、鹹水を注入することで、[[起電力]]が発生する。
この仕組みから自明なように、海水電池は、[[一次電池]]であり、[[発電]]はできるが[[充電]]はできない。

[[電極]]として、[[カソード]](正極)には、例えば、小形で軽量の[[塩化銀]]<math> { \rm Ag Cl } </math>が、[[アノード]](負極)には[[マグネシウム]]<math> { \rm Mg } </math>や[[リチウム]]<math> { \rm Li } </math>またはそれらの[[合金]]が、それぞれ用いられる。
なお、カソードには[[ペルオキソ二硫酸カリウム]](過硫酸カリウム)<math> { \rm K _ { 2 } S _ { 2 } O _ { 8 } } </math>・[[塩化銅]]<math> { \rm Cu Cl _ { 2 } } </math>・[[塩化鉛]]<math> { \rm Pb Cl _ { 2 } } </math>も用いられ得る。
これらの電極が電解液である鹹水に浸されている。

マグネシウム海水電池は電解液に[[有害物質]]を用いずに発電できる。
また、[[原材料|材質]]のマグネシウム<math> { \rm Mg } </math>自体は、[[地球]]上に豊富に存在するので[[枯渇性資源|枯渇]]の懸念が薄く、[[標準状態]]下では安定した物質であり、貯蔵できる<ref group="" name="flexible"/>。

他の一次電池と比較すると、[[耐電圧|耐圧性]]に優れ、長[[期間]]に亘って安定した出力を得られる。

{|class="sortable wikitable" border="0" style="margin:0 auto" style="vertical-align:middle" style="text-align:center" style="color:black" style="background-color:white" <!--style="width:100%"-->
|+マグネシウム海水電池
|-
!class="unsortable" rowspan="2"|種類!!class="unsortable" colspan="2"|材質!!class="unsortable" colspan="2"|電解液!!rowspan="2"|[[開路電圧]](V)!!class="unsortable" colspan="2"|動作電圧(V)!!class="unsortable" rowspan="2"|備考
|-
!class="unsortable"|正極!!class="unsortable"|負極!!class="unsortable"|溶質!!class="unsortable"|溶媒!!最大!!最小
|-
!塩化銀海水電池
<!--|style="text-align:center"|<math> { \rm Ag Cl } </math>||style="text-align:center" rowspan="4"|<math> { \rm Mg } </math>||style="text-align:center" rowspan="4"|<math> { \rm Na Cl } </math>||style="text-align:center" rowspan="4"|<math> { \rm H _ { 2 } O } </math>||style="text-align:center"|1.6||style="text-align:center"|1.5||style="text-align:center"|1.1||style="text-align:center"|[[銀]]<math> { \rm Ag } </math>を用いているので高[[費用|コスト]]である-->
|style="text-align:center"|<math> { \rm Ag Cl } </math>||style="text-align:center" rowspan="4"|<math> { \rm Mg } </math>||style="text-align:center" colspan="2" rowspan="4"|鹹水||style="text-align:center"|1.6||style="text-align:center"|1.5||style="text-align:center"|1.1||style="text-align:center"|[[銀]]<math> { \rm Ag } </math>を用いているので高[[費用|コスト]]である
|-
!塩化鉛海水電池
|style="text-align:center"|<math> { \rm Pb Cl _ { 2 } } </math>||style="text-align:center"|1.2||style="text-align:center"|1.05||style="text-align:center"|0.9||style="text-align:center"|放電効率が高く[[コストパフォーマンス|経済性]]にも優れる
|-
!ペルオキソ二硫酸カリウム海水電池
|style="text-align:center"|<math> { \rm K _ { 2 } S _ { 2 } O _ { 8 } } </math>||style="text-align:center"|2.4||style="text-align:center"|2||style="text-align:center"|1.6||style="text-align:center"|安価で高動作[[電圧]]を実現している一方で保存には[[湿度|湿気]]対策を要する
|-
!残存酸素海水電池
|style="text-align:center"|<math> { \rm O _ { 2 } } </math><ref group="" name="正極材"/>||style="text-align:center"|1.34||style="text-align:center"|3||style="text-align:center"|1||style="text-align:center"|[[サイズ]]が大きい・複数個を直列接続できない
|}

===構造===
例えば、塩化銀海水電池は、平板状の正極と負極の間にセパレーターを介したサンドイッチ構造を有していて、出力電圧を向上させるために積層させたこの単位構造を[[直列回路と並列回路|直列接続]]している<ref group="" name="電池ハンドブック"/>。
さらに、これが入れられた[[電解槽]]には鹹水を入れる注入口と[[化学反応]]によって生成される[[気体]]の排出口が備えられている。

この海水電池では、次の[[化学反応]]を利用している<ref group="" name="電池のすべてが一番わかる"/>。

;負極
: <chem>Mg -> {Mg^{2+}} + 2{\it{e}}^-</chem>
;正極
: <chem>{2H2O} + 2{\it{e}}^- -> {H2} + 2OH^-</chem>
;全体
: <chem>{Mg} + 2H2O -> {Mg(OH)2} + H2</chem>

この式から分かるように、海水電池に備えられた排出口はこの負極で発生する[[水素]]{{Math|H{{sub|2}}}} を逃がすために作られている。

また、発生した水素{{Math|H{{sub|2}}}} の一部は、電解液中で電流を阻害し、[[電子]]{{Math|H{{sup|-}}}} を放出して[[水素イオン]]{{Math|H{{sup|+}}}} となる。
この[[電気化学的分極|電解分極]]は[[電圧降下]]を引き起こす<ref group="" name="化学のコンセプト_歴史的背景とともに学ぶ化学の基礎"/>。

==用途==
海水電池は、既述の特性を生かして、海上または[[海底|海中]]にて小電力を長期間に亘って使用する場合に用いられる。
その具体的な用途は、例えば、[[灯浮標]]<!--ライトブイ--><!--浮標灯-->などの[[航路標識|海上標識灯]]から[[電源]]の交換が困難である海中測定機器や[[ソノブイ|航空無線機超音波探信浮標]](ARSB)<!--Airborne Radio Sono Bouy-->までにも及ぶ。

また、海水を利用するという動作[[原理]]から、[[船|船舶]]用の[[遭難信号]]発信[[装置]]の電源としても使われる。
その装置(に組み込まれた電池)は通常は船内に設置されており、当然ながら普段は海水に浸からないので作動しない。
しかし、船舶が[[海難事故|浸水]]したり[[沈没]]した場合には、海水の流入で発電が始まって自動的に信号を発信する。
よって、[[船員]]が緊急信号を発信する暇も無い場合であっても、設置と点検さえしておけば、海水電池は確実に動作する。

海水電池とほぼ同じ構造・原理で真水を用いる注水電池が気象観測用の[[ラジオゾンデ]]に用いられる。

かつて、[[ジーエス・ユアサコーポレーション|GSユアサ]]製の夜釣り用電気ウキ「ギンピカ」の電池として海水電池が用いられていた（商品名はユアサ銀電池SF-50/75）
またユアサから1961年に模型用としてV1A型銀電池（塩化銀タイプ。20％の食塩水注水にて1.3V/1Ah）が販売されていた。<ref>日本教材新聞　昭和36年3月10日発行　9頁</ref>
V1A型銀電池と同時期にユアサ製の海水電池が[[宇宙科学研究所]]のカッパロケットの電源として使われていた。
2018年現在、これらの用途には[[リチウム電池]]が用いられている。

2018年現在、防災用として単3形やLEDライト一体型の海水電池（注水電池）が製造販売されている。

==脚注==
{{Reflist|1|refs=
<ref group="" name="化学のコンセプト_歴史的背景とともに学ぶ化学の基礎">{{Cite book|和書|last=|first=|author1=舟橋弥益男|authorlink1=舟橋弥益男|author2=小林憲司|authorlink2=小林憲司|author3=秀島武敏|authorlink3=秀島武敏|last1=|first1=|last2=|first2=|last3=|first3=|last4=|first4=|author4=|authorlink4=|editor=|others=|title=化学のコンセプト 歴史的背景とともに学ぶ化学の基礎|origdate=|origyear=|url=http://www.kagakudojin.co.jp/book/b50263.html|format=|accessdate=|edition=|date=2004-4-1|year=|publisher=[[化学同人]]|location=|series=|language=|id=|isbn=978-4-759-80966-4}}</ref>
<ref group="" name="電池のすべてが一番わかる">{{Cite book|和書|last=|first=|author=福田京平|authorlink=福田京平|last1=|first1=|author1=|authorlink1=|last2=|first2=|author2=|authorlink2=|last3=|first3=|author3=|authorlink3=|last4=|first4=|author4=|authorlink4=|editor=|others=|title=電池のすべてが一番わかる|origdate=|origyear=|url=https://gihyo.jp/book/2013/978-4-7741-5981-2|format=|accessdate=|edition=|date=2013-9-25|year=|publisher=[[技術評論社]]|location=|series=しくみ図解|language=|id=|isbn=978-4-7741-5981-2}}</ref>
<ref group="" name="電池">{{Cite book|和書|last=|first=|author1=板子一隆|authorlink1=板子一隆|author2=工藤嗣友|authorlink2=工藤嗣友|last1=|first1=|last2=|first2=|last3=|first3=|author3=|authorlink3=|last4=|first4=|author4=|authorlink4=|editor=|others=|title=電池|origdate=|origyear=|url=http://www.shuwasystem.co.jp/products/7980html/4333.html|format=|accessdate=|edition=|date=2015-3-28|year=|publisher=[[秀和システム]]|location=|series=これだけ!|language=|id=|isbn=978-4-798-04333-3}}</ref>
<ref group="" name="電池ハンドブック">{{Cite book|和書|last=|first=|author=|authorlink=|last1=|first1=|author1=|authorlink1=|last2=|first2=|author2=|authorlink2=|last3=|first3=|author3=|authorlink3=|last4=|first4=|author4=|authorlink4=|editor=電気化学会 電池技術委員会|editor-link=電気化学会|others=|title=電池ハンドブック|origdate=|origyear=|url=http://shop.ohmsha.co.jp/shopdetail/000000001238/|format=|accessdate=|edition=|date=2010-2-18|year=|publisher=[[オーム社]]|location=|series=|language=|id=|isbn=978-4-274-20805-8}}</ref>
<ref group="" name="flexible">{{Cite web|和書|url=http://sankei-fou.or.jp/research/reserch_kawabata_2013.pdf|title=海水で自己発電し、充電も可能な新電池の開発 ~天然素材を活用したフレキシブルマグネシウム海水電池正極材の開発~|accessdate=2013-12-31|last=|first=|author=川畑俊彦|authorlink=川畑俊彦|date=|year=|month=|format=|work=|publisher=[[サンケイ科学振興財団]]}}</ref>
<ref group="" name="正極材">正極材自体には、大きい表面積を得るために[[網]]状に加工された[[ステンレス鋼]]や[[銅]]<math> { \rm Cu } </math>が用いられる。</ref>
}}

==関連項目==
*[[電解液]]・[[電解質]]・[[電解水]]
*[[溶質]]・[[溶媒]]
*[[海]]・[[海水]]・海上・[[海底]]
*[[淡水]]・[[汽水]]・[[塩水]]・[[鹹水]]
*[[塩化銀]]<math> { \rm Ag Cl } </math>・[[塩化鉛]]<math> { \rm Pb Cl _ {2} } </math>・[[ペルオキソ二硫酸カリウム]]<math> { \rm K _ { 2 } S _ { 2 } O _ { 8 } } </math>
*[[マグネシウム]]<math> { \rm Mg } </math>・[[リチウム]]<math> { \rm Li } </math>
*[[水]]<math> { \rm H _ { 2 } O } </math>・[[塩化ナトリウム]]<math> { \rm Na Cl } </math>・[[硫酸マグネシウム]]<math> { \rm Mg S O _ { 4 } } </math>・[[炭酸水素塩]]
*[[水酸化マグネシウム]]<math> { \rm Mg ( OH ) _ { 2 } } </math>・[[水酸化リチウム]]<math> { \rm Li OH } </math>
*[[起電力]]・[[電子]]<math> { \rm e ^ { - } } </math>
*[[水電池]]<!--塩化銅注水電池-->

==外部リンク==
*[http://www.nickyuco.com/siyouhinsiyoukai2-3.html 生存艇用艤装品]<!--日本救命器具-->
*[http://www.gs-yuasa.com/gyt/jp/products/sea/index.html 海水電池]<!--ジーエス・ユアサテクノロジー-->
**[http://www.yuasadenki.co.jp/html/html/kaisui.htm 海水電池]<!--ユアサ電器-->

{{DEFAULTSORT:かいすいてんち}}
[[Category:電池]]
[[Category:遭難]]