海水電池(かいすいでんち、英: seawater cell)とは、リザーブ電池であり、鹹水を電解液として利用する注水電池の一種である[1]。これは、原理的には、ボルタ電池の一種である[2]。

海水程度の濃度で動作するので、海上での利用(海水を注入して動作させる)を想定して、「海水」の名が冠されている。

なお、塩化銅注水電池などは水電池として区別される[3]。
動作原理

この電池は、安定した保存のために、電槽中に鹹水が入っていない状態で保存されている。使用する時には、鹹水を注入することで、起電力が発生する。この仕組みから自明なように、海水電池は、一次電池であり、発電はできるが充電はできない。

電極として、カソード(正極)には、例えば、小形で軽量の塩化銀 A g C l {\displaystyle {\rm {AgCl}}} が、アノード(負極)にはマグネシウム M g {\displaystyle {\rm {Mg}}} やリチウム L i {\displaystyle {\rm {Li}}} またはそれらの合金が、それぞれ用いられる。なお、カソードにはペルオキソ二硫酸カリウム(過硫酸カリウム) K 2 S 2 O 8 {\displaystyle {\rm {K_{2}S_{2}O_{8}}}} ・塩化銅 C u C l 2 {\displaystyle {\rm {CuCl_{2}}}} ・塩化鉛 P b C l 2 {\displaystyle {\rm {PbCl_{2}}}} も用いられ得る。これらの電極が電解液である鹹水に浸されている。

マグネシウム海水電池は電解液に有害物質を用いずに発電できる。また、材質のマグネシウム M g {\displaystyle {\rm {Mg}}} 自体は、地球上に豊富に存在するので枯渇の懸念が薄く、標準状態下では安定した物質であり、貯蔵できる[4]。

他の一次電池と比較すると、耐圧性に優れ、長期間に亘って安定した出力を得られる。

マグネシウム海水電池種類材質電解液開路電圧(V)動作電圧(V)備考
正極負極溶質溶媒最大最小
塩化銀海水電池 A g C l {\displaystyle {\rm {AgCl}}} M g {\displaystyle {\rm {Mg}}} 鹹水1.61.51.1銀 A g {\displaystyle {\rm {Ag}}} を用いているので高コストである
塩化鉛海水電池 P b C l 2 {\displaystyle {\rm {PbCl_{2}}}} 1.21.050.9放電効率が高く経済性にも優れる
ペルオキソ二硫酸カリウム海水電池 K 2 S 2 O 8 {\displaystyle {\rm {K_{2}S_{2}O_{8}}}} 2.421.6安価で高動作電圧を実現している一方で保存には湿気対策を要する
残存酸素海水電池 O 2 {\displaystyle {\rm {O_{2}}}} [5]1.3431サイズが大きい・複数個を直列接続できない

構造

例えば、塩化銀海水電池は、平板状の正極と負極の間にセパレーターを介したサンドイッチ構造を有していて、出力電圧を向上させるために積層させたこの単位構造を直列接続している[6]。さらに、これが入れられた電解槽には鹹水を入れる注入口と化学反応によって生成される気体の排出口が備えられている。

この海水電池では、次の化学反応を利用している[3]。
負極
Mg ⟶ Mg 2 + + 2 e − {\displaystyle {\ce {Mg->{Mg^{2+}}+2{\it {e}}^{-}}}}
正極
2 H 2 O + 2 e − ⟶ H 2 + 2 OH − {\displaystyle {\ce {{2H2O}+2{\it {e}}^{-}->{H2}+2OH^{-}}}}
全体
Mg + 2 H 2 O ⟶ Mg ( OH ) 2 + H 2 {\displaystyle {\ce {{Mg}+ 2H2O -> {Mg(OH)2}+ H2}}}

この式から分かるように、海水電池に備えられた排出口はこの負極で発生する水素H2 を逃がすために作られている。