《機械》〈電気化学〉[H18:問12]ニッケル・水素蓄電池の特徴に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

ニッケル・水素蓄電池\( ^{※} \)は，電解液として\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)水溶液を用い，\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)にオキシ水酸化ニッケル，\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)に水素吸蔵合金をそれぞれ活物質として用いている。

公称電圧は\( \ \fbox {　（エ）　} \ \mathrm {[V]} \ \)である。

この電池は，形状，電圧特性などはニッケル・カドミウム蓄電池に類似し，さらに，ニッケル・カドミウム蓄電池に比べ，\( \ \fbox {　（オ）　} \ \)が高く，カドミウムの環境問題が回避できる点が優れているので，デジタルカメラ，\( \ \mathrm {MD} \ \)プレーヤ，ノートパソコンなど携帯形電子機器用の電源として使用されてきたが，近年，携帯用電動工具用やハイブリッド車用の電池としても使用されるようになってきている。

（注）※の「ニッケル・水素蓄電池」は，「ニッケル・金属水素化物電池」と呼ぶこともある。

上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)，(エ)及び(オ)に当てはまる語句又は数値として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
\[
\begin{array}{cccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） & （オ） \\
\hline
(1) & 　\mathrm {H_{2}SO_{4}}　 & 　正　極　 & 　負　極　 & 　1.5　 & 　耐過放電性能　　　　 \\
\hline
(2) & 　\mathrm {KOH}　 & 　負　極　 & 　正　極　 & 　1.2　 & 　体積エネルギー密度　 \\
\hline
(3) & 　\mathrm {KOH}　 & 　正　極　 & 　負　極　 & 　1.5　 & 　耐過放電性能　　　　 \\
\hline
(4) & 　\mathrm {KOH}　 & 　正　極　 & 　負　極　 & 　1.2　 & 　体積エネルギー密度　 \\
\hline
(5) & 　\mathrm {H_{2}SO_{4}}　 & 　負　極　 & 　正　極　 & 　1.2　 & 　耐過放電性能　　　　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

ニッケル・水素蓄電池に関する出題です。
ニッケル・水素蓄電池は有害物質を含まず長寿命であるため，リチウムイオン電池とともに近年の蓄電池の主流となっている蓄電池です。リチウムイオン電池に比べエネルギー密度が低く，重量が重いデメリットがありますが，安価で安全性が高く，低温での性能が良いといった特徴があります。

1.ニッケル－水素化物電池
負極活物質に水素吸蔵合金（\( \ \mathrm {MH} \ \)），正極活物質にオキシ水酸化ニッケル（\( \ \mathrm {NiOOH} \ \)），電解液に水酸化カリウム水溶液（\( \ \mathrm {KOH} \ \)）を用いた二次電池で，一昔前はニッケル－カドミウム電池が充電池の主流でしたが，カドミウムの環境負荷が大きいため，現在はニッケル－水素化物電池が使用されています。

①化学反応式(反応式は暗記不要です)
　負　極：\( \ \displaystyle \mathrm {MH}+\mathrm {OH^{-}}\array { 放電 \\ ⇄ \\ 充電 }\mathrm {M}+\mathrm {H_{2}O}+\mathrm {e^{-}} \ \)
　正　極：\( \ \displaystyle \mathrm {NiOOH}+\mathrm {H_{2}O}+\mathrm {e^{-}}\array { 放電 \\ ⇄ \\ 充電 }\mathrm {Ni\left( OH \right) _{2}}+\mathrm {OH^{-}} \ \)
　全　体：\( \ \displaystyle \mathrm {MH}+\mathrm {NiOOH} \array { 放電 \\ ⇄ \\ 充電 }\mathrm {M} + \mathrm {Ni\left( OH \right) _{2}} \ \)

②特徴
・公称電圧は約\( \ 1.2 \ \mathrm {V} \ \)とニッケル－カドミウム電池と同等。
・ニッケル－カドミウム電池よりもエネルギー密度が高い。
・\( \ 500 \ \)回以上の充放電が可能で，高寿命である。
・ニッケル－カドミウム電池より環境負荷が小さい。
・鉛蓄電池のような充放電時の電解液の濃度変化がない。
・リチウムイオンに比べ急速充電が可能で価格も安価。
・自己放電やメモリー効果（放電がしきらない状態で充電を繰り返すと見かけ上容量が低下し，電池電圧が一時的に低下してしまう現象）が発生する。