クラーク電池

クラーク電池：安定した電圧供給源としての歴史と構造

1873年、イギリスのエンジニア、ジョサイア・ラティマー・クラークによって発明されたクラーク電池は、当時としては画期的な安定した電圧を供給できる湿式化学電池として知られています。その高い精度から、1893年には国際電気会議において15℃での起電力が1.434ボルトと定義され、翌1894年にはアメリカでも法制化されるなど、電圧標準としての地位を確立しました。しかし、後に温度変化への依存性が少ないウェストン電池に取って代わられることとなります。

電池の構造と作製方法

クラーク[電池]]は、負極に亜鉛（もしくは亜鉛アマルガム）、正極に水銀を使用し、硫酸亜鉛の飽和水溶液を電解質として用いる湿式電池です。さらに、水銀]の硫酸塩ペーストが[[減極剤として用いられています。

クラーク自身による初期の[電池]]は、ダニエル電池と同様にガラス瓶の中に作製されました。ガラス瓶の底には水銀が溜められ、その上に硫酸水銀]のペースト、そして硫酸[[亜鉛溶液が満たされます。亜鉛棒は、2つの穴の開いたコルク栓によって支えられ、硫酸亜鉛溶液中に浸されています。コルクの穴の1つは亜鉛棒用、もう1つは電池底部まで達するガラス管を通すためです。ガラス管には白金線が接続されており、水銀溜まりに接触しています。完成した電池は、マリングルーで密閉されていました。

1882年には、レイリー卿によってH型の改良型[電池]]が導入されました。H型のガラス容器を使用し、片方の足に亜鉛アマルガム、もう片方の足に硫酸水銀]ペーストを乗せた純[[水銀を入れます。容器は硫酸亜鉛溶液でほぼ満たされ、亜鉛アマルガムと水銀は脚の下端に取り付けられた白金線で電気的に接続されます。このH型電池は、より簡素で扱いやすい構造となりました。

クラーク電池の特性と限界

クラーク電池は、15℃（288K）において1.4328ボルトの標準起電力を示します。しかし、この標準電圧を得るためには、電池から電流が流れ込まない状態を維持する必要があります。また、クラーク電池には2つの欠点がありました。1つは、約-1.15 mV/℃という大きな温度係数です。つまり、温度変化によって起電力が大きく変動してしまうため、精密な電圧標準としては不向きでした。もう1つは、ガラス容器への亜鉛アマルガム接続部分や白金線における腐食の問題です。これらの欠点から、1905年には温度係数の小さいウェストン電池が電圧標準としてクラーク電池に取って代わりました。

歴史的意義

クラーク電池は、その発明当時、安定した電圧を供給できる電池として高く評価され、電圧標準として広く用いられました。国際電気会議での標準電圧の定義やアメリカでの法制化は、クラーク電池が当時の電気技術発展に大きく貢献したことを示しています。その後ウェストン電池に置き換えられましたが、クラーク電池は電気化学の歴史において重要な位置を占める電池として記憶されています。

情報源

* Practical Electricity by W. E. Ayrton and T. Mather, published by Cassell and Company, London, 1911, pp 198–203

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