「一次電池」と「二次電池」の違いは化学反応にあり! 不可逆と可逆をわかりやすく解説

「一次電池」と「二次電池」の違いは化学反応にあり! 不可逆と可逆をわかりやすく解説

皆さんの身の回りには、たくさんの電池製品がありますよね。リモコン、時計、スマートフォン、モバイルバッテリー……

これらに使われている電池は、大きく分けて2つの種類があることを知っていますか?

それが、「一次電池いちじでんち)」と「二次電池にじでんち)」です。

「使い捨てか、充電できるか」という違いはなんとなく知っている方が多いと思います。でも、「なぜ充電できる電池とできない電池があるのか?」を化学的に説明しようとすると、意外と難しいものです。

今回は、高校化学で習う「可逆反応かぎゃくはんのう)」などのキーワードに、その仕組みをスッキリ理解していきましょう!

目次

そもそも「一次」「二次」ってどういう意味?

まずは言葉の定義からおさらいしましょう。

一次電池(Primary Battery)

最初から電気を持っていて、使い切ったら終わりの使い捨て電池」

例:アルカリ乾電池、マンガン乾電池

二次電池(Secondary Battery)

充電することで繰り返し使える「充電池(蓄電池)」

例:リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池

英語の「Primary(最初の/基本の)」と「Secondary(二番目の/再利用できる)」という意味をイメージすると覚えやすいですね。

では、この決定的な違いはどこから来るのでしょうか? 答えは、電池の中で起きている「化学反応の性質」にあります。

電池の仕組みは「電子のキャッチボール」

電池が電気を生み出すとき、中では「酸化還元反応さんかかんげんはんのう」という化学反応が起きています。

難しそうな言葉ですが、要するに**「電子(e)のキャッチボール」です。

  1. 負極(マイナス極)の物質が、電子を手放す(=酸化される)
  2. 手放された電子が導線を通って、正極(プラス極)へ移動する → これが電流!
  3. 正極(プラス極)の物質が、やってきた電子を受け取る(=還元される)

この電子の流れが、スマホを動かしたりライトを点けたりするエネルギーになります。ここまでは、一次電池も二次電池も同じです。

違いが出るのは、「使い終わった後」のことなんです。

一次電池:元に戻れない「不可逆反応」

一次電池の中で起きている化学反応は、基本的に「一方通行」です。これを「不可逆反応ふかぎゃくはんのう)」と呼びます。

イメージしてみましょう。

不可逆反応のイメージ

薪(まき)を燃やすと、熱エネルギーが出て、あとには灰が残りますよね。でも、その灰を温めても、元の薪には戻りません。

一次電池もこれと同じです。

負極の物質が電子を出して別の物質に変化してしまうと、外部から電気を流しても、元の物質には戻りません

化学反応がゴールまで行き着いてしまったら、そこで電池としての寿命は終了。これが「使い捨て」の正体です。

二次電池:行ったり来たりできる「可逆反応」

一方で二次電池は、条件次第で元に戻ることができる「可逆反応かぎゃくはんのう)」を利用しています。

こちらは「充電式のエレベーター」のようなイメージです。

可逆反応のイメージ
  • 放電(使うとき):高いところから低いところへボールが転がり落ちる力で仕事をする。
  • 充電(貯めるとき):コンセントからの電気エネルギーを使って、落ちてきたボールを無理やり高いところへ押し上げる。

二次電池の材料は、電気エネルギーを逆向きに加えることで「変化してしまった物質が元の物質に戻る」という性質を持っています。

つまり、化学反応を逆再生できるのです。

「電気エネルギー」を「化学エネルギー」として蓄え直し、またいつでも電気として取り出せる。これが二次電池(蓄電池)のすごいところなんですね。

代表的な電池の種類と比較

ここで、代表的な電池を化学の視点で分類してみましょう。

【一次電池】パワーはあるけど一方通行

マンガン乾電池

休み休み使うと電圧が少し回復する特徴があります(回復といっても充電ではありません)。リモコンや時計など、小さな電力で動くものに最適です。

関連:マンガン乾電池の構造と仕組み

アルカリ乾電池

負極に亜鉛、正極に二酸化マンガン、電解液に強アルカリ性の水酸化カリウムを使っています。大きな電流を流せるので、ミニ四駆や電動歯ブラシに向いています。

関連:アルカリ乾電池の構造と仕組み

【二次電池】進化するスタミナ

リチウムイオン電池

現在の主役。リチウムイオン(Li+)が正極と負極の間を行ったり来たりすることで充放電します。軽くて高電圧なので、スマホやノートPC、電気自動車(EV)に欠かせません。

関連:リチウムイオン電池のメリット・デメリットと特徴

ニッケル水素電池

乾電池型の充電池(エネループなど)として有名。安全性が高く、パワーもあります。

関連:ニッケル水素電池とは?|仕組みと化学反応

鉛蓄電池

車のバッテリーに使われる重くて大きな電池。コストが安く、大電流が出せます。

関連:鉛蓄電池の仕組み

【重要】一次電池を充電してはいけない理由

最後に、安全に関わる大切な話をします。

「一次電池を充電器にセットしたらどうなるの?」という疑問です。

結論から言うと、液漏れや破裂の危険があるので絶対にやめてください。

一次電池は「不可逆反応」なので、無理やり電気を流し込んでも元の物質には戻りません。行き場を失った電気エネルギーは、電池内部の電解液を分解し、ガスを発生させます。

電池の中でガスが充満すると、内圧が高まって破裂したり、強アルカリ性の液体が漏れ出したりして大変危険です。

「もったいないから」といって充電するのは、化学的に無理なだけでなく、事故のもとになります。絶対にやめましょうね。

まとめ

  • 一次電池:反応が一方通行の「不可逆反応」。使い切ったら終わりの使い捨て。
  • 二次電池:反応を逆再生できる「可逆反応」。電気エネルギーを化学エネルギーに戻して再利用できる。

この「元に戻れるかどうか」という化学的な性質の違いが、私たちの便利な生活を支えているんですね。

リモコンには一次電池、スマホには二次電池。それぞれの性質(化学反応の特徴)を理解して、正しく使い分けていきましょう!

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