テレビのリモコンや懐中電灯を使っていると、いつの間にか電池が切れてしまいますよね。新品のときはあんなに元気だったのに、なぜ電池は使い続けると切れてしまうのでしょうか。充電できる電池と充電できない電池があるのはなぜでしょうか。この記事では、電池が切れる理由を化学反応の仕組みからわかりやすく解説します。
結論：電池の中の化学反応に使われる物質が使い果たされると電気が作れなくなるからです
一言で言うと、電池が切れる理由は「電池の内部で起きている化学反応に必要な物質が徐々に消費され、やがて反応できる物質がなくなって電気を作れなくなるから」です。電池は電気を蓄えているのではなく、化学反応によって電気を作り出す装置です。その反応の材料が尽きたとき、電池は切れます。
なぜ電池は切れるのか？化学反応が電気を作る仕組み
電池の仕組みを理解するには、まず電池が「電気を貯める容器」ではなく「電気を作る工場」だということを知る必要があります。
電池の内部には「正極」「負極」「電解質」という3つの要素があります。一般的なアルカリ乾電池を例にとると、負極には亜鉛、正極には二酸化マンガン、電解質には水酸化カリウムの溶液が使われています。
電池を機器に接続して回路をつなぐと、負極の亜鉛が電子を放出する化学反応が始まります。この電子が回路を通って正極に流れることが「電流」です。正極では流れてきた電子を受け取る反応が起きます。この一連の化学反応が続く間、電気が供給され続けます。
たとえるなら、電池はキャンプファイヤーのようなイメージです。薪（化学物質）が燃え続ける間は火（電気）が生まれますが、薪が燃え尽きると火は消えます。電池も内部の化学物質が反応し続ける間は電気を作りますが、物質が使い果たされると電気が作れなくなります。これが電池が切れる正体です。
なぜ充電できる電池と充電できない電池があるのか？
電池には大きく2種類あります。一度使い切ると使えなくなる「一次電池」と、充電して繰り返し使える「二次電池」です。この違いはどこから来るのでしょうか。
一次電池（アルカリ乾電池・マンガン電池など）は内部の化学反応が「一方通行」です。亜鉛が酸化されて別の物質に変わる反応は元に戻せないため、一度使い切ると再利用できません。
二次電池（リチウムイオン電池・ニッケル水素電池など）は内部の化学反応が「可逆的」です。放電時に起きた化学反応を、外部から電気を加えることで逆向きに進めることができます。充電とはこの逆反応を強制的に起こして、消費した化学物質を元の状態に戻す作業です。
スマホのバッテリーに使われるリチウムイオン電池は、リチウムイオンが正極と負極の間を行き来することで充放電を繰り返します。ただし充放電を繰り返すたびに電極が少しずつ劣化するため、数百回の充放電後には容量が減っていきます。スマホを長年使うとバッテリーの持ちが悪くなるのはこのためです。
ところで、電池と同じく電気を使う仕組みとして「なぜ電子レンジは温まるのか」も気になりませんか？電気を熱に変える仕組みを解説した記事もあわせて読んでみてください。
よくある関連疑問 Q&A
Q. 使っていない電池もなぜ自然に放電するのか？
A. 電池の内部では外部に回路がなくても、ごくわずかな化学反応が常に起き続けています。この「自己放電」によって使っていなくても少しずつ電気が失われます。アルカリ乾電池の推奨使用期限が製造から約10年とされているのは、この自己放電を考慮したものです。保管温度が高いほど自己放電が速くなるため、電池は涼しい場所で保管するのがおすすめです。
Q. 寒いと電池が切れやすくなるのはなぜか？
A. 電池内部の化学反応は温度が低いほど遅くなります。冬に屋外でカメラや懐中電灯を使うとすぐ電池が切れるのは、低温で化学反応が鈍くなり十分な電流を供給できなくなるためです。暖かい場所に移すと反応が回復して再び使えることがあります。これは電池が完全に切れたのではなく、低温で一時的に反応が遅くなっていた状態です。
Q. 電池を直列・並列につなぐと何が変わるのか？
A. 電池を直列（＋と－をつなげる）にすると電圧が足し算になります。1.5Vの電池2本を直列にすると3Vになります。並列（＋同士・－同士をつなげる）にすると電圧は変わりませんが、使える電流量が増えて長持ちするようになります。懐中電灯が電池2本や3本を使うのは直列接続で必要な電圧を確保するためです。
まとめ
電池が切れる理由は、電池の内部で電気を作り出す化学反応に必要な物質が徐々に消費され、やがて反応できる物質がなくなって電気を作れなくなるからです。電池は電気を貯める容器ではなく化学反応で電気を作る工場です。充電できる電池は化学反応を逆向きに戻せる性質を利用しており、充電できない電池は一方通行の反応しか起きません。普段何気なく使っている電池の中で、こんなに精巧な化学反応が起きていたのですね。他にも気になる「なぜ？」があればぜひ他の記事も読んでみてください。