バッテリー要素：はじめに、開発および作業

前書き

バッテリーは、地球の地殻から抽出されたさまざまな要素で構成されており、適切な相互作用のためにバッテリー内に適切な量で存在する必要があります。使用された最も初期の元素のいくつかは、最初の電池が発明された1799年に銅と亜鉛であり、それ以来、周期表の他の多くの元素が電池の開発に使用されてきました。

バッテリーエレメントとは何ですか？

1799年の初期の電池は、電池要素として銅と亜鉛を使用し、それ以来、科学者は、電池の開発に使用できる周期表の他の元素を探し始めました。リチウムとニッケルは、さまざまな種類の電池の製造に広く使用されています。銀や金などの他の元素は高価すぎて電池に使用できず、希ガスはバランスの取れた相互作用で使用するための適切な特性を備えていません。

すべてのバッテリー内には、カソード、アノード、およびイオンがアノードとカソードの間を通過できるようにする流体があります。アノードとカソードを作る際のさまざまな要素の使用に応じて、さまざまな種類のバッテリーがあります。亜鉛銅電池は、今日ではもはや商業的に使用されていない最も初期の電池でした。次に、元素鉛とその酸化物を使用する鉛蓄電池があります。これらのバッテリーは充電式で、電気自動車に使用されます。ニッケルカドミウム電池（NiCd）は、1990年代に携帯機器向けに開発されましたが、カドミウムは有毒であるため、リチウムイオン電池の登場により使用が減少しました。

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陰極と陽極に酸化ニッケルと鉄を使用するニッケル鉄電池があり、これらの電池は鉄道でバックアップ保管に使用されていました。現代では、亜鉛と二酸化マンガンの元素で構成される充電式アルカリ電池または単四電池を使用しています。ペンシルセルとも呼ばれるこれらの電池は、今日すべての家庭で見られる最も一般的な電池で、リモコンを時計やほとんどすべての電子機器に充電するために使用されます。

これら以外にも、ニッケル、リチウム、亜鉛、およびそれらの酸化物の元素を使用して開発された多くの形態の電池があります。

バッテリー要素はどのように開発されますか？

バッテリー要素は地球の地殻から収穫され、それぞれがバッテリーでの使用に適した異なる特性を持っています。電池に使用されているアルミニウムは、ボーキサイトから放出される金属であり、地球上で3番目に豊富な元素です。一部のリチウムイオン電池のカソードで使用されています。アンチモンは、鉛蓄電池で鉛板を補強するために使用されるもう1つの元素です。それは白い金属元素であり、他の元素と混合されて半導体を形成します。

潜在的に有毒な元素であるカドミウムは、亜鉛の生産中に副産物として放出されます。ニッケルカドミウム電池のアノードとして使用されていますが、これらの電池の使用は商業的に禁止されています。カルシウムは地球上で5番目に豊富な元素であり、鉛蓄電池の金属板を強化する上で重要な役割を果たしています。塩化物は、電池の電解質に広く使用されているもう1つの元素です。

地球上で最も一般的な元素は鉄であり、銅に続く電池での使用の可能性についてテストされています。鉄はリン酸鉄リチウム電池に使用されており、古くから訴えられてきました。鉛はすべての元素の中で最も安定しており、電池に広く使用されています。比較的豊富なもう一つの元素は、電池に使用されているマンガンです。ニッケルは電池の電極に最適な元素であり、鉄や亜鉛とのゾンビ化によく使用されます。ナトリウムは6番目に一般的な元素であり、電池の硫黄と組み合わせて使用されることがよくあります。

亜鉛は、アレッサンドロボルタによる発見と、もはや市販されていないボルタ電池の製造以来、電池で最も一般的に使用されている元素です。ただし、亜鉛板は電池に使用され、銅、鉄、マグネシウムと組み合わせて使用されます。

これらの元素のほとんどは地球の地殻にあり、そこから収穫され、他の元素や金属と組み合わせてバッテリーに使用されています。リチウムイオン電池とアルカリ単4電池は、今日、携帯機器や自動車用電池に最も広く使用されています。

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さまざまなバッテリー要素はどのように機能しますか？

電池の種類によって、陰極と陽極の要素が異なり、これらの電池をデバイスで使用すると、化学反応を起こす回路に接続されます。たとえば、私たちが使用する一般的なアルカリ電池の場合、アノードは一般的に亜鉛でできており、カソードは二酸化マンガンでできています。一方の端にある要素ともう一方の端にある別の要素の酸化物。今、それらの間に電解質があり、電子を一方の端からもう一方の端に流します。電解質が電極と接触すると、一連の酸化還元反応が起こります。カソードは酸素または電子を受け入れるため酸化電極であり、アノードは電子を提供するため還元剤です。これにより、電子がアノードからカソードに流れ、電荷の差が生じて電流が流れます。

充電式電池は、電極を充電できる電池です。非充電式電池では、この化学反応がしばらくしか起こらず、その後アノードが電子を提供できなくなり、電池の電力が失われます。

このため、ほとんどの電池には、カソードに酸化物元素があり、アノードに元素があります。アノードはカソードが受け入れる電子を失い、これが電子の流れを開始して、バッテリーに電荷を流します。トリプルA電池、リチウムイオン電池を含むすべての一般的な電池は、さまざまな要素を使用してこの概念に基づいています。

結論

周期表のほとんどの元素は電池での使用がテストされており、これらの元素は一般的に地球上で見られます。これらの元素の豊富さと電池の使用におけるそれらの効率は、将来の使用のために異なるタイプの充電式電池の開発につながりました。