ニッケル・カドミウム電池}（起電力 \textcolor{red}{1.3V}）} (略称：ニッカド電池,\ ニカド電池円筒形の\textbf{\textcolor{red}{二次電池}}.\ \ 低価格,\ \ 長寿命.\ \ \ce{Cd}は毒性が高い(イタイイタイ病の原因). \\[1zh]
\textbf{用途} 電動工具.
\bm{\ce{Cd(OH)2}\,も\ce{Ni(OH)2}\,も不溶性の塩で電極に付着する}ため,\ 充電が可能になる. \\[1zh]
全体反応式に\ce{OH-}はないが\ce{2H2O}があるため,\ \bm{放充電によって\ce{KOH}水溶液の濃度が変化する.} \\[1zh]
\bm{全ての\ce{Ni(OH)2}\,が\ce{NiO(OH)}に戻った後も充電し続けると,\ 正極で\ce{O2}\,が発生する(過充電).} \\[.5zh]
\ce{4OH-}\,\ce{->[酸化]}\,\ce{O2}\,+\,\ce{2H2O}\,+\,\ce{4e-}\ \ \cdots\cdots\,\maru1 \\[1zh]
過充電により正極で\ce{O2}\,が発生すると,\ 電池内部の圧力が上がり,\ 破裂する危険がある. \\[.4zh]
\bm{\ce{Cd}を多めに充填しておくことで,\ 過充電によって発生した\ce{O2}\,を吸収する}工夫が為されている. \\[.5zh]
\ce{Cd}\,\ce{->[酸化]}\,\ce{Cd^2+}\,+\ce{2e-}\ \ \cdots\cdots\,\maru2 \\[.5zh]
\ce{O2}\,+\,\ce{2H2O}\,+\,\ce{4e-}\,\ce{->[還元]}\,\ce{4OH-}\ \ \cdots\cdots\,\maru3 (\maru1の逆) \\[.8zh]
\ \maru2\times2+\maru3より \ce{2Cd}\,+\,\ce{O2}\,+\,\ce{2H2O}\,\ce{->}\,\ce{2Cd(OH)2} \\[.5zh]
\ce{Cd}電極が\ce{Cd(OH)2}\,に酸化されるため,\ 過充電してしまうと放電容量が減少する.
ニッケル・水素電池}（起電力 \textcolor{red}{1.35V}二次電池}}.\ \ 長寿命,\ \ 鉛蓄電池よりも軽量,\ \ ニッカド電池の2倍以上の電池容量. \\[.2zh]
毒性の高い\ce{Cd}を使わないため,\ 1990年以降ニッカド電池からの移行が進んでいる. \\[1zh]
\textbf{用途} デジタルカメラ,\ \ ハイブリッド自動車,\ \ 電気自動車 \\\\[1zh]
負極は\bm{水素吸蔵合金(条件次第で水素を吸着・放出できる合金)}である(\text{\textbf{m}etal}の\ce{M}で表す). \\[.2zh]
放電前の水素原子\ce{H}を吸蔵した状態を\ce{MH}と表す. \\[1zh]
負極で生じる\ce{H2O}は正極で消費され,\ 正極で生じる\ce{OH-}は負極で消費される. \\[.4zh]
よって,\ \bm{放充電において\ce{KOH}水溶液の濃度は変化せず,\ 起電力は長く一定に保たれる.} \\[1zh]
\bm{全ての\ce{M}と\ce{Ni(OH)2}\,が\ce{MH}と\ce{NiO(OH)}に戻った後も充電し続けると水が電気分解する(過充電).} \\[.5zh]
\ce{2H2O}\,\ce{->}\,\ce{2H2}\,+\,\ce{O2} \\[.5zh]
\bm{\ce{NiO(OH)}よりも多くの物質量の\ce{MH}を充填しておく}と,\ 次の理由で破裂する危険が減少する. \\[.2zh]
過充電で発生した\ce{H2}\,は,\ 水素吸蔵合金\ce{M}に吸蔵される. \\[.4zh]
過充電で発生した\ce{O2}\,は,\ \ce{MH}と反応して\ce{H2O}になる. 電極に11.2\,gの\ce{Cd}と18.4\,gの\ce{NiO(OH)}を用い,\ 5.00\,mol/L\,(密度1.21\,g/mL)の\ce{KOH} \\[.2zh]
\hspace{.5zw}水溶液80.0\,mLを電解液として用いた二次電池を作成した. \\[.2zh]
\hspace{.5zw}$\ce{H}=1.00,\ \ \ce{O}=16.0,\ \ \ce{Ni}=59.0,\ \ \ce{Cd}=112,\ \ ファラデー定数F=9.65\times10^4$\,C/mol \\[1zh]
\hspace{.5zw}(1)\ \ \ce{Cd}を11.2\,g充填するとき,\ 理論上何gの\ce{NiO(OH)}を充填できるか. \\[1zh]
\hspace{.5zw}(2)\ \ 0.600\,Aの電流を8時間2分30秒放電したとき,\ 負極,\ 正極,\ 電解液の質量を \\ それぞれ求めよ. \\
電子\ce{e-}が2\,mol流れると,\ 負極は34.0\,g増加,\ 正極は2.00\,g増加,\ 電解液は36.0\,g減少.} \\[1zh]
\phantom{ (1)}\ \ \textcolor{red}{流れた電子\ce{e-}の物質量}は
\bm{\ce{Cd}と\ce{Ni}が共に安定酸化数+2に自発的に変化する}のが根幹で,\ 全体反応式の作成が問われる. \\[1.2zh]
「負極\ \ce{Cd}\,\ce{->}\,\ce{Cd(OH)2}」「正極\ \ce{NiO(OH)}\,\ce{->}\,\ce{Ni(OH)2}」を元に半反応式の作成手順に従う. \\[1zh]
本問の場合は,\ 理論上限界量の\ce{NiO(OH)}を充填したことになる. \\[.2zh]
\phantom{(1)}\ \ 実際には過充電時の破裂を防ぐため,\ 理論上限界量よりもかなり少ない\ce{NiO(OH)}を充填する. \\[1zh]
(2)\ \ 全体反応式は,\ \bm{半反応式から\ce{2e-}を消去して導かれる}ことに注意する. \\[.2zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{(電気量\textbf{C})=(電流\textbf{A})\times(秒\textbf s)で電気量を求め,\ ファラデー定数で物質量に換算する.} \\[1zh]
\phantom{(1)}\ \ \ce{Cd}\,\ce{->}\,\ce{Cd(OH)2}\,より,\ \bm{負極では\ce{e-}\,2\,\textbf{mol}\,が流れると\ce{(OH)2}\,の分の質量が増加する.} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \ce{2NiO(OH)}\,\ce{->}\,\ce{2Ni(OH)2}\,より,\ \bm{正極では\ce{e-}\,2\,\textbf{mol}\,が流れると\ce{2H}の分の質量が増加する.} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{電解液は,\ \ce{e-}\,2\,\textbf{mol}\,が流れると\ce{2H2O}の分の質量が減少する.}
