らくらく化学実験_酸化還元 空気電池

栄光のエコ電池  

 いやな臭いを取ることで何かと話題の備長炭、これがなんと電池になる?内部の微細構造が決め手です。アルミ缶をリサイクルして使えばまさにエコ電池!

「手 順」

  1. 備長炭をペーパータオルで包み、薄い食塩水を含ませる。
  2. さらにペーパータオルよりやや小さめのアルミフォイルで包む。
  3. ソーラー電池用のモーター(プロペラ付き)をアルミフォイルと備長炭にテープで接続する。
  4. アルミフォイルの部分を軽く握るとモーターが作動する。
  5. アルミフォイルの代わりにアルミ缶を用いる。

火で軽くあぶっておくと良い

動画:銅線と炭との接触部分をスイッチにしてみる

銅線をリング状にして巻き付ける

アルミ缶を使えばまさにエコ電池

動 画:銅線をリング状にしてリード線をつないでみる
動 画:炭を出し入れしてみる

「注意と工夫」

  1. 小電力で作動するソーラー電池専用のモーターや電子オルゴール等があるといいです。もちろん、普通の電球等も使えないことはありません。
  2. 炭の微細構造が決め手なので、バーベキュー用でも備長炭を使うようにします。
  3. 備長炭に接続する導線の部分はガムテープ等でしっかり接着するか、画像のように銅線をリングにして巻き付け、ホイルと備長炭が触れないように、ペーパータオルをセットします。塩水は、湿る程度で十分です。
  4. 備長炭は、あらかじめ軽く火であぶっておくと良いでしょう。再度実験に使う場合はもちろんです。
  5. アルミ缶を使用する場合は、あらかじめ内側のコーティングをはがしておきます。


「解 説」
炭素が電極に
 
炭が電極として優れている理由は、炭素の導電性に加え、微細な空間を作り易いということがあげられます。炭素は陽極として、アルミホイル側から供給された電子を酸素に渡し、水が生成するのを助ける働きをすることになります。式で表すと、

         O + 2HO + 4e →  4OH

ですが、炭素電極に酸素分子が高濃度で存在すれば、それだけ電気が流れやすくなることがわかります。活性炭や木炭のように微細な間隙を持つものは表面積が大きく、酸素を蓄えておけるので電極として有効なのです。ちなみに、水素イオンの消費が進行するので、付近の水溶液はやや塩基性を帯びることになります。

備長炭は優れた炭素棒
 
炭焼きでは、熱によって植物体から水分子を追い出していきますが、燃焼と違い、構成する有機物の炭素の部分がそのまま残ることになります。細胞の形がある程度保持されたまま収縮し細かい空間をつくるので、火をつけると少しずつ時間をかけた燃え方をするわけです。炭の中でも、特に備長炭は炭の密度が高く、内部まで多孔質体になっているので、それだけ酸素を吸着しやすいと考えられます。活性炭を使っても同様の効果が得られますが、備長炭を使えば一本でモーターを作動させるだけの電力が得られることからも、その質の高さを伺い知ることができます。


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編集:埼玉県立坂戸高等学校 山田暢司