ルクランシェ電池は、一般に亜鉛炭素電池、またはルクランシェ電池として知られる、初期の有力な使い切り型の一次電池である。1866年ごろ、フランスの技術者ジョルジュ・ルクランシェによって発明され、負極の亜鉛が酸化し、正極側で二酸化マンガンが還元されることで、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。一次電池として単回使用を前提とし、充電はできない。電池の区分については 一次電池 を参照。
構造と一般的な材料
現代の亜鉛炭素電池は、密封された乾電池として製造される。典型的な構造では、外側の亜鉛金属缶が負極と容器を兼ね、中央の炭素（黒鉛）棒が集電体となり、その周囲に導電性添加剤を混ぜた二酸化マンガンの混合物が活性な正極材料として配置される。電解質は自由な液体ではなく、湿ったペーストとして供給される。代表的な電解質には 塩化アンモニウム と 塩化亜鉛 がある。マンガン化合物と炭素は正極の分極を抑え、放電中に電子を受け取る。亜鉛は陽極で酸化され、電解質中へ溶け出す。電解質の役割の背景については 電解質 を参照。
バリエーションと表示
時代とともに、メーカーは異なる電解質組成や内部構造を持つ派生品を製造した。「Heavy Duty」「Extra Heavy Duty」「Super Heavy Duty」と表示された電池は、一般に保存性の向上や軽い負荷での使用時間の延長を図った亜鉛炭素系の変種を指す。塩化亜鉛系の製品は、古い塩化アンモニウム系よりも堅牢で、保存寿命も長いのが普通である。基本となる活物質は 亜鉛 と 二酸化マンガン のままである。
性能と主な用途
ルクランシェ電池、すなわち亜鉛炭素電池は、低い製造コストでまずまずの電力量を得られる。一方で、現代のアルカリ電池より内部抵抗が高く、実用容量も小さいため、高電流を必要とする機器では駆動時間が急速に短くなる。そのため、時計、簡易な懐中電灯、リモコン、小型玩具、安価な家庭用機器など、低電流かつ断続的に使う製品に向いている。長年にわたり、このルクランシェ型は日常用の標準的な電池だったが、より高いエネルギーと厳しい用途での性能を備えるアルカリ電池の登場によって、徐々に置き換えられた。比較については アルカリ を参照。
歴史と発展
ジョルジュ・ルクランシェの最初の湿電池設計は、固体ペーストや密封構造の発展により、乾式の亜鉛炭素電池へと進化した。封止、電解質の化学、材料の改良によって、漏液は減り、保存性も向上した。20世紀には、世紀半ばに商業化されたアルカリ電池が、より大きな容量と低い内部抵抗を持つため、携帯電子機器の多くで亜鉛炭素電池に徐々に取って代わった。
環境・安全・廃棄に関する考慮
歴史的には、一部の亜鉛炭素電池に水素発生を抑え自己放電を抑制するため、少量の水銀が含まれていた。しかし現在では、規制と設計改良により、消費者向け電池から水銀は大半が排除されている。亜鉛やマンガンは、鉛やカドミウムのような重金属ほど毒性は高くないが、それでも電池は適切な自治体の回収やリサイクル制度を通じて廃棄すべきである。焼却は安全ではなく、有害物質を放出するおそれがある。リサイクルは金属を回収し、環境負荷を減らす。
製造上の要点と識別
- 負極: 亜鉛金属缶。しばしば電池容器も兼ねる。
- 正極: 黒鉛棒の周囲に配置された、粉末の二酸化マンガンと炭素添加剤。
- 電解質: 塩化アンモニウム または 塩化亜鉛 のペーストに、導電率と粘度を調整する充填材を加えたもの。
実用上の指針
消費者にとって、亜鉛炭素電池は、機器の消費電流が少ない場合や断続的に使う場合の低価格な選択肢である。カメラ、現代的な玩具、その他の高負荷電子機器には、アルカリ電池または充電式電池の方が適している。涼しく乾燥した場所で保管すると、保存寿命を延ばせる。電池を選ぶ際は、メーカーの表示や仕様データが、さまざまな負荷で期待される性能の目安となる。
ルクランシェ電池は携帯電源の発展において重要な位置を占める。その基本設計は、後の多くの一次電池に用いられる原理を形づくり、新しい化学系に広く置き換えられるまで、長年にわたって日常的な電池であり続けた。
関連する話題として、一次電池、電解質、材料特性に関する項目も参照されたい: 一次電池、電解質、亜鉛、二酸化マンガン、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、アルカリ。