【ボルタ電池】仕組み・欠点・分極・起電力

ボルタ電池で電流が流れる仕組み・欠点（デメリット）・分極・起電力についてまとめました。

## ボルタ電池の構成

ボルタ電池は亜鉛と銅を希硫酸 $H_2SO_4$ に入れ、さらに亜鉛と銅を導線で繋ぎます。

## 酸化還元反応の流れ

亜鉛と銅では、亜鉛の方がイオン化傾向が高いため、亜鉛板Znが希硫酸に溶け出します。
亜鉛が希硫酸に溶け出すと、亜鉛 $Z_n$ が陽イオン $Zn^{2+}$ になり、電子 $2e^{-}$ が発生します。

(1) $\begin{eqnarray*} Zn \to Zn^{2+} + 2e^- \end{eqnarray*}$

発生した電子は、導線を通して、銅板Cuへと流れつきます。
そこで電子電子 $2e^{-}$ は、希硫酸中に存在している水素イオン $H+$ と結合し、気体の水素 $H_2$ を発生させます。

(2) $\begin{eqnarray*} 2H^+ + 2e^- \to H_2 \end{eqnarray*}$

このような化学反応を酸化還元反応といいます。
このように、「酸化還元反応」が起こることで、導線には電流（=電子の流れ）が発生し、豆電球が点灯します。
これが、「電池が化学反応から電流を生み出す」基本原理です。

–	説明
酸化	電子を放出（亜鉛 $\mathrm{Zn}$ が酸化）
還元	電子を受け取る（水素イオン $\mathrm{H^+}$ が還元）
正極	電子を受け取る側（ボルタ電池だと亜鉛Zn）
負極	電子を放出する側（ボルタ電池だと銅Cu）

## ボルタ電池の起電力

ボルタ電池の起電力は約1.1Vです。

## ボルタ電池の問題点

ボルタ電池を使い続けると、正極側(銅板)で発生する気体の水素 $H_2$ が銅板の周囲に溜まっていきます。
それにより、還元反応（希硫酸中の水素イオン $H^+$ と電子 $e^-$ が結合）が妨害され、分極（=電圧が急激に低下する現象)が起きてしまいます。
この問題のため、ボルタ電池は実用化されていません。