入試問題研究①【ナトリウム硫黄電池】
こんにちは、化学マスターです。
今回は，最近注目の大型蓄電池のナトリウム硫黄電池（NAS電池）を紹介したいと思います。リチウムイオン電池とは異なり，NAS電池はレアメタルを使われていないため，今後再生可能エネルギーで発電した電気の蓄電先として注目されています。現在は大型の据え置き型として実用されていますが，高温に維持する必要があるなど、まだまだ改善の必要があります。
それでは早速見てみましょう！
【NAS電池】
充電可能な大電力貯蔵用の電池としてナトリウム硫黄電池（NAS電池）がある。ナトリウム硫黄電池の概略図は下図のとおりである。図のように電池の活物質として，液体のナトリウム(Na極）と液体の硫黄(S極)を高温で用いており，両極の間には固体電解質があり，ナトリウムイオンを通す働きがある。
ナトリウム硫黄電池の放電•充電は次の（１）式で表される。
2Na + xS ⇆ Na2Sx（ x = 2～5 ）…（１）
放電時には，ナトリウムがイオン化し，ナトリウムイオンがS極で多硫化物イオンと結合し，多硫化ナトリウムが生じる。多硫化物イオンとは硫黄原子がいくつか結合した2価のイオンでSx2－（ x = 2～5 ）で表されるものである。逆に，充電時には，多硫化ナトリウムが分解しナトリウムが元に戻る。したがって，放電時の電子の流れる向きは図の矢印の向きになる。
問１ 放電時のNa極の反応を電子を含むイオン反応式で表せ。
＜答え＞
ナトリウムのイオン化の式
Na → Na+ + e－
問２ 放電時のS極の反応を電子を含むイオン反応式で表せ。
＜答え＞
正極（S極） （ ？ ）
負極（Na極） Na → Na+ + e－ ×2
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
全体 2Na + xS ⇆ Na2Sx
上記の関係より正極の式は
xS + 2e－ → Sx2－
問３ 放電により，S極のNa2Sxの組成が，Na2S5からNa2S2に変化したとする。このとき，硫黄原子1molあたりの放電電気量は何クーロンになるか。
＜答え＞
硫黄原子については，S52－→S22－と考えられる。
半反応式を完成させると，
2S52－ + 6e－ → 5S22－
となり，左辺に着目すると硫黄原子10molで6molの電子を受け取ることが分かる。よって，硫黄原子1molあたりは0.6molとなり，放電電気量は
0.6×96500 = 57900C ≒ 5.8×104C
となる。
どうだったでしょうか？
今後も，化学の入試問題に関する情報をアップしていくので，よろしくお願いします！！
