乾電池の代わりに充電池を使用する方法

質問

LED使用のハンディライト（単3電池・3個使用懐中電灯）の注意書きに、充電池は使用しないで下さいと書いてありました。なぜなのでしょうか！また、乾電池（単3）の代わりに充電池（単3）を使う方法を教えてください。

回答No.4

ginshirou

No.3 です。
ご承知のように乾電池は化学電池の一種で、化学反応のエネルギーを電気エネルギーに変換するものです。
仕組みを簡単に述べますと、ある化学反応をする際に電子を放出するような物質を負極（マイナス）とし、
逆に電子が不足する（電子が必要になる）ような物質を正極（プラス）に用います。
両極の間には、化学反応に必要で且つ導電性のある化合物（電解質と云う）が置かれています。
電池の電圧は、両極にどのような物質を組み合わせるかによって決定されますので、電圧選択の自由度は
それ程大きくはありません。

電池の両極間を電球などの負荷でつなぐと（放電）、負極→負荷→正極の方向に電子が流れ（電流は
逆方向と定義されていますので、正極→負荷→負極の方向に流れ）、化学反応が進んで行きます。
その内、両極の物質が反応し尽くすと電流が流れなくなり、一次電池（乾電池など）の場合はそれで終わり
（寿命）ということになります。

一方、二次電池（充電池）の場合は、ご承知のように、正極に＋、負極に－の電圧を掛けて再生できます。
このとき電池の内部では、正極→電解質→負極方向に電流が流れ（電子の流れは逆方向なので、負極に
電子が注入され）、放電によって化学変化した両極の物質が元の（放電前の）物質に戻ります（可逆反応）。
一次電池では、充電操作をしても元の電極物質を再生できません。

ところで、公称電圧1.5Vの一般乾電池（マンガン電池／アルカリマンガン電池）の構成は、
【正極】二酸化マンガン、【負極】亜鉛、　
両電池の主な違いは電解質です（前者は塩化亜鉛／後者は水酸化カリウム）。
この電池が放電すると、正極の二酸化マンガンは酸化水酸化マンガン（MnO(OH)：水に不溶）、負極の亜鉛は
塩基性塩化亜鉛(ZnCl2・4Zn(OH)2）／テトラヒドロキソ亜鉛（II）酸イオン（[Zn(OH)4]2-）に変化します。
充電によってこれらの物質を元の物質に戻せれば再使用できるのですが、ダメなので使い捨てということになります。

次ぎに、代表的な二次電池であるニッケル水素充電池を考えてみます。
【正極】オキシ水酸化ニッケル（NiOOH），　【負極】水素，
【電解質】水酸化カリウム、【公称電圧】1.2 V。
負極物質の水素は、それ自身では電極の形にできないので、水素吸蔵合金（ニッケル合金など）というもの
に吸収させて使います。放電、充電に伴い、下記の反応が起き（可逆反応）、充電によって元に戻ります。

　　正極　　　　負極　　（放電→）　　正極　　　　負極
　　2NiOOH　＋　MH2　　　　＝　　　　2Ni(OH)2　＋　M　　　（M：水素吸蔵合金）
　　　　　　　　　　　　（←充電）
さて、ここからが本題ですが、実用的な充電池として必要な特性は下記のようになると思います。
　１．電圧が適当である（既に世の中に普及してしまった多数の機器に使えること）。
　２．内部抵抗が低く、容量が大きい（電池構成物質の性質、電池の構造などに依存）。
　３．数百回の繰り返し使用に耐える（構成物質の性質、副生物の処理方法、電池の構造などに依存）。
　４．安価、簡便、安全である。
ところが、上述のように電圧は両極物質の組み合わせで決まってしまいますし、その組み合わせの中で、
充電することによって元の物質に戻せる系というのは、これまたかなり限られます。
その上、電池として必要な性質を考えると、乾電池と同じ（1.5V）か近い電圧を出せる実用的な物質の
組み合わせが未だに見付からない、ということになると思います。

お礼

詳しい説明有難うございました。
　充電池内部に安いDC/DCコンバータを入れる事は出来ないのでしょうか。
もし解かればお教えください。