ニッケル・カドミウム電池とは？化学反応式や充電の仕組みは？メモリー効果や特徴をわかりやすく解説

ニッケル・カドミウム電池は、繰り返し充電して使える代表的な二次電池です。高校化学でも頻出で、化学反応式や充電の仕組み、メモリー効果などが重要ポイントになります。この記事では、ニカド電池の特徴やメリット・デメリットをわかりやすく解説します。

ニッケル・カドミウム電池とは？充電できる仕組みや特徴をわかりやすく解説
ニッケル・カドミウム電池の仕組みとは？電子の流れを簡単に解説
ニッケル・カドミウム電池はなぜ充電できるの？
ニッケル・カドミウム電池の特徴とは？
ニッケル・カドミウム電池のデメリットとは？
ニッケル・カドミウム電池とリチウムイオン電池の違いは？
1. ニッケル・カドミウム電池
2. リチウムイオン電池
ニッケル・カドミウム電池はどこで使われていた？
ニッケル水素電池との違いは？
1. ニッケル・カドミウム電池
2. ニッケル水素電池
高校受験・定期テストで重要なポイント
ニッケル・カドミウム電池のまとめ

ニッケル・カドミウム電池とは？充電できる仕組みや特徴をわかりやすく解説

ニッケル・カドミウム電池とは、繰り返し充電して使える「二次電池」の一種です。「ニカド電池」と呼ばれることもあり、以前は家庭用充電池やコードレス機器などに広く利用されていました。

現在ではリチウムイオン電池が主流になっていますが、高校化学では二次電池の代表例として登場することがあります。

高校受験や定期テストでは、

なぜ充電できるのか
正極と負極の材料
化学反応式
リチウムイオン電池との違い
メモリー効果とは何か

などが重要ポイントになります。

ニッケル・カドミウム電池は、丈夫で繰り返し使用しやすい反面、環境面で課題がある電池としても知られています。

ニッケル・カドミウム電池の仕組みとは？電子の流れを簡単に解説

ニッケル・カドミウム電池では、負極にカドミウム（Cd）、正極にオキシ水酸化ニッケル（NiO(OH)）を使用します。

また、電解液には水酸化カリウム（KOH）などのアルカリ性水溶液が使われています。

放電時には、負極のカドミウムが電子を放出し、その電子が導線を通って正極へ流れることで電流が発生します。

負極（－極）の反応

Cd+2OH^–→Cd(OH)₂+2e^–

カドミウムは電子を放出しているため、「酸化」が起こっています。

正極（＋極）の反応

2NiO(OH)+2H₂O+2e^–→2Ni(OH)₂+2OH^–

正極では電子を受け取るため、「還元」が起こっています。

全体の化学反応式

Cd+2NiO(OH)+2H₂O→Cd(OH)₂+2Ni(OH)₂

高校化学では、「負極で酸化、正極で還元が起こる」という基本を整理することが重要です。

ニッケル・カドミウム電池はなぜ充電できるの？

ニッケル・カドミウム電池が充電できる理由は、外部から電流を流すことで反応を逆向きに進められるからです。

つまり、

放電＝化学エネルギーを電気エネルギーへ変換
充電＝電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄える

という仕組みです。

充電すると、Cd(OH)₂が再びCdへ戻り、Ni(OH)₂もNiO(OH)へ戻ります。

そのため、何度も繰り返して利用できます。

ニッケル・カドミウム電池の特徴とは？

ニッケル・カドミウム電池には、他の二次電池にはない特徴があります。

丈夫で長寿命

充電と放電を何度も繰り返せます。

過酷な環境でも比較的安定して動作するため、工具や無線機などにも利用されていました。

大電流を流せる

瞬間的に大きな電流を必要とする機器にも向いています。

低温に強い

寒い場所でも性能が低下しにくい特徴があります。

ニッケル・カドミウム電池のデメリットとは？

便利な電池ですが、欠点もあります。

メモリー効果が起こる

ニッケル・カドミウム電池では、「メモリー効果」が有名です。

これは、電池を使い切る前に何度も充電すると、「そこまでしか使わない電池」だと記憶したように容量が減少する現象です。

例えば、半分しか使わずに充電を繰り返すと、本来より早く電池切れになったように感じます。

カドミウムが有害

カドミウムは有害な重金属です。

そのため、廃棄時には適切なリサイクルが必要になります。

環境負荷の問題から、現在では利用が減少しています。

リチウムイオン電池より重い

エネルギー密度が低く、同じ容量なら大型化しやすい欠点があります。

ニッケル・カドミウム電池とリチウムイオン電池の違いは？

現在ではリチウムイオン電池との比較問題もよく扱われます。