ボルタ電池の電極・反応・起電力の解説 - 化学徒の備忘録(かがろく)|化学系ブログ

銅 (Cu) と亜鉛 (Zn) を電極として、希硫酸に浸したときに成り立つ電池がボルタ電池として知られている。銅が正極、亜鉛が負極となる。

これは、1800年頃にボルタが考案したため、ボルタ電池といわれている。また、ボルタ電池は、一定の電流を取り出せる最初の電池として記録に残っている。

また、希酸などの水溶液に異種金属の電極を2本浸したときに成り立つ電池のことをボルタ電池ということもある。

ボルタ電池を電池式で書くと次のように表される。

(-) Zn | H₂SO₄ aq | Cu (+)

銅 (Cu) と亜鉛 (Zn) で電極である場合、次の2つの反応が起こる。

亜鉛の溶解 (亜鉛の酸化)

Zn → Zn ²⁺ + 2e^-

亜鉛は亜鉛イオンとなって溶液中へ溶け出していく。亜鉛電極内に残った電子は外部の導線を通って銅電極に移る。

銅上での水素イオン (プロトン) の還元

2H⁺ + 2e^-→ H₂

この2つの反応の組み合わせによって、電池反応になると考えられる。

一般的には、ボルタ電池の起電力は約1.1 Vである。しかし、放電するとすぐに分極が起こり、0.4 V程度まで低下する。

分極とは、電池内で発生した水素ガスなどが電極に付着することで、反対方向の起電力を生じる現象である。ボルタ電池では、正極の銅上で発生した水素が、銅電極を覆うことで起電力が低下する。

分極の原因である水素を除くために、実験では酸化剤の過酸化水素 (H₂O₂) や二クロム酸カリウム (K₂Cr₂O₇) などを加えることがある。この分極を減らす物質を減極剤または復極剤、消極剤という。

しかしながら、実際にはボルタ電池は、初期のイオン濃度や、銅の表面の酸化度合いに応じて起電力は変化する。

また、自己放電も大きいため、現在ではボルタ電池は実用的に利用されることはほとんどない。