2017/08/20 (日) 鉛電池をつくる 　鉛電池の自作に関するどこのページを見てもPlante型。おそらくこのページは、製品と同じ方法で鉛電池をつくる方法を紹介している唯一のページ・・・だと思われ( *´艸｀) 　高校のときに興味があって化学班（うちの高校では部活のことを「班」とよんでいた）で鉛電池をつくったことがあるのですが、両極にラフネスをつけた鉛版を使用し、セパレーターはミカンが入っていたネットという広島の高校らしいことをやっていた記憶があります。Plante型という鉛電池の原型であり、硫酸に浸した両電極に予め3.5 V程度をかけることによって、陽極の表面を酸化して酸化鉛（IV)に、陰極の電気は水素発生で逃がすという「準備動作」が必要でした。2 V程度の電圧が発生し、模型用のモーターは勢いよく回るのですが如何せん電気量が少ない。サンドペーパーで傷をつけた鉛の表面積なんて、たかが知れてます。 鉛電池の反応式は、放電時 負極　Pb + SO42- -> PbSO4 + 2e- 正極　PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- -> PbSO4 + 2H2O 　車のバッテリーとして使用されている鉛電池はかなり大きな表面積を持っています。放電した時に生成する硫酸鉛は水に不溶で真っ白な絶縁体なので、これが表面に析出することで電子移動反応の邪魔をします。したがってこれに負けない程度の表面積を稼ぐため、必然的に微粒子を結着させたものが用いられます。 　ところが、鉛は非常に柔らかい金属です。ゴムみたいな金属を、マイクロサイズの網目構造にできるはずがありません。先週知ったことなのですが、代替策として酸化鉛(II)すなわちPbOを使うらしいです。酸化物だったら固いので、粉砕して微粒子化して、適当な結着剤と混ぜて紙粘土みたいにして集電体に塗り付けることができます。私は両極の集電体である鉛板にドリルで無数に穴を開け、リード線として直径1mmの鉛ワイヤーをハンダ付けしました。すぐに酸化被膜ができるため、スポット溶接ではうまく付かなかったのですが、ハンダはさすがにすず―鉛合金なので、びっくりするほどよく付きます。これに結着剤としてpoly(vinylidene)difluoride (PVdF)、混合溶剤としてN-methylpyrrolidone (NMP) を含むPbOを塗り付けて150℃程度で真空乾燥させました。ちなみに塗るときにNMPの量をかなり細かく加減して、漆喰みたいにして穴あき鉛板にスパチュラで塗ります。 　お世辞にも綺麗とは言えない黄色の電極2枚をガラス繊維でできたセパレーターを介して対向させ、ガラスの筒に入れて硫酸に浸しました。電極面積は両面で10cm2程度ですが、3Vくらいかけると1A流れます。陰極が金属色に、陽極が黒色に変化しはじめ、30分もすると黄色の部分はごくわずか。陰極は完全に還元されるまで静かなものですが、陽極からははじめから結構な量のガスが出ます。酸素だと思ってたら電位的にはじゅうぶん亜硫酸ガス。鼻を近づけると咽ました。ここでいったん硫酸(2M)を新しいものにします。充電時に亜硫酸になって薄まっちゃったからですね。。テスターを繋ぐとおよそ1.98Vの電圧が発生します。内部抵抗はわずか1Ωほどなので、モーターだって余裕で回るのですが、せっかくなので先週自作した昇圧回路付き白色LEDを点灯。電流はわずか10mAなので、24時間放置してみたけど消える気配すらありませんでした。とりあえず数十年前の市販品のレベルには達してます。深い放電に対して耐久性を向上させようとおもったら、最近の充電制御車用バッテリーのように、炭素系材料を混ぜて導電性をアップさせるんでしょうたぶん。 あ、最後に酸化鉛の合成法を。普通に買えるんですが、つまらないのでつくります。硝酸鉛水溶液と炭酸アンモニウム水溶液を混ぜて白色の炭酸アンモニウムを生じます（結構泡がでて焦る）。ちなみに副生成物は硝酸アンモニウム、昔ながらの火薬であり、殺人エアバッグで有名になってしまったタカタが使っていた爆薬でもあります。これを吸引ろ過し、陶器の皿の上に置いて電気炉で400℃で2時間焼成。ろ過後とは言え、爆薬の付着した炭酸鉛を電気炉で加熱するのはちょっと勇気が要りますよ・・・ってやっぱり高校とか家とか趣味じゃできんですね。

2017/08/06 (日) 昇圧回路 　文科省の試行の一環か何かで高校生が実験しに来るのですが、その学生さんが指定したテーマに従って作るのがなんと鉛蓄電池。濃いですね。いや、世の中にありふれている電池ですが、正極活物質である酸化鉛(IV)から合成してペーストにして塗布して電極にするという本格的なもの。材料の合成やX線使った評価なんかも体験してもらえたらいいと思います。 　とはいっても、こちらも鉛電池を作ったことなどありません。電極材料に混ぜる結着剤から塗り方から手探りで、自動車用バッテリーに使われているような「鉛格子」とやらも手に入らないので、まあPVDF＋NMPから試してみるとして、抵抗が大きかったらアセチレンブラックでも混ぜますか、とまあこんな感じです。 　何か回すか光らせねば・・・ということで、真っ先に思いついたのは低い電流でも光るLEDですが、鉛電池の電圧はおよそ2 Vなので、3.6 Vが必要な白色LEDはそのままでは光りません。２個直列にするのも何なので、１個で光らせようと、昇圧回路を組みました（笑）。 　世の中便利になっているもので、HT7750Aという発振回路がIC化されて100円で手に入るので、後はインダクターやキャパシター、ショットキーダイオードと組み合わせて、素子５つほどで直流昇圧回路が完成してしまいました。出力側に抵抗と直列にしてLEDを繋ぎ、入力側に1.5 Vの乾電池１つを繋ぐと白色LEDが点灯( ﾟДﾟ)です。

2017/08/05 (土) 再びパンクする 　不運なことは続くもので、6月にパンクした車の左前輪にまた木ネジが突き刺さっていました。やはり気づいたのは広島に向かう途中の高速道路で、ハンドルの直進位置ずれにわずかな違和感を感じつつも200キロ程度走行した後、パーキングエリアに寄ったときに不自然に潰れたタイヤを目にしたときでした。空気圧は前回と同じ、150kPa・・・正常値240kPaの半分近く( ﾟДﾟ) 　でもそこはガソリンスタンドもない小さなパーキングエリア。真夏の厚さも相まって滝のように汗が出てくる中、荷室の下から"もしものための"電動エアコンプレッサーを取り出し、バルブとアクセサリーソケットに装着して恐る恐る電源を入れます。牛歩のごとく圧力計が上がり、150kPaだった空気圧が200kPaを超えたあたりから針が動かなくなりました(>_<)　トレッド面の木ネジが飛ぶと一気にパンクですので、JAFを呼ぶことになります。県外の高速道路上で。この辺で空気を継ぎ足すのはやめにして、本線で低速のトラックに付いて恐る恐る走り始めました。 　次のインターで降りたもののそこは岡山県の鴨方。何にもない山の中の町。何キロも走って国道2号線沿いに到達し、しばらく広島方面に走っているとオートバックスを発見しました。事情を話したところすぐに見てもらい、同じタイヤで2度目となるパンク修理をしてもらいました。 　高速道路を頻繁に使うので、2回パンクしたタイヤを履いているのは安全上好ましくありません。しかも2回とも空気圧がかなり低い状態で、合計500キロくらい走っている点を考えると、もったいないけど命の保険だと思って新品交換することに決めました。予定よりだいぶん早く、ブリジストン レグノに交換。高い。でも、ダンロップの新車装着タイヤに比べてロードノイズが半分以下になって、きれいな舗装道路だと中に浮いているみたいな乗り味は健在の素晴らしいタイヤです。