ボルタ電池

銅と亜鉛を用いたボルタ電池の仕組み

宇田川榕菴の「舎密開宗」より、ボルタ電池の解説

ボルタ電池（ボルタでんち、テンプレート:Lang-it-short、テンプレート:Lang-en-short）とは、イタリアの物理学者、アレッサンドロ・ジュゼッペ・アントニオ・アナスタージオ・ヴォルタ伯爵（アレッサンドロ・ボルタ）が考えた起電力0.76ボルトの一次電池であり、最初のガルバニ電池である。1794年に発明されたボルタ電堆を改良したもので、1800年に発明されたテンプレート:R。原音に即して「ヴォルタ電池」という表記もある。

仕組み

$(-)\mathrm{Z}\mathrm{n}|\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4(\mathrm{a}\mathrm{q})|\mathrm{C}\mathrm{u}(+)$

正極に銅板を、負極には亜鉛板を用いる。電解液には硫酸を用いる。負極の亜鉛は、硫酸に含まれる水素イオンより金属のイオン化傾向が大きいため電子を失って2価の陽イオンとなる (Zn²⁺)。電子は導線を伝わって銅板に流れ、水素イオン (2H⁺) と反応して水素 (H₂) となって放出される。この酸化還元反応は本来発熱反応であり、そのエネルギーを電子の流れにして電気エネルギーに変換したのがボルタ電池である。

ボルタ電池の反応式は次のように表される。

• 負極：$\mathrm{Z}\mathrm{n}⟶\mathrm{Z}\mathrm{n}{\phantom{A}}^{2+}+2𝑒{\phantom{A}}^{-}$
• 正極：$2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+2𝑒{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$

ボルタ電池の実験を行うと、電流を流すと1.1ボルト程度だった起電力がすぐに0.76ボルトの起電力まで低下してしまう。これは銅板の表面がもともと酸化されていたため電流を流した直後の反応が次のように表せるからである。

• 負極：$\mathrm{Z}\mathrm{n}⟶\mathrm{Z}\mathrm{n}{\phantom{A}}^{2+}+2𝑒{\phantom{A}}^{-}$
• 正極：$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}+2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+2𝑒{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{C}\mathrm{u}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

表面の酸化銅が消費された後、最初の反応式のような反応になり、0.76ボルトの起電力に落ち着く。

関連項目

• 理論化学
• 標準電極電位
• ダニエル電池
• レモン電池 - ボルタ電池の原理を応用しレモンなどで作った電池