令和元年度(再試験) I-4-4

解説

この問題で問われていること

リチウムイオン二次電池正極材、光ファイバー、ジュラルミン、永久磁石の4つの材料に含まれる主な元素の組合せを選ぶ問題。

解き方

① 材料と元素: リチウムイオン電池の正極=コバルト酸リチウム(Co。黒鉛Cは負極)、光ファイバー=石英ガラス(Si)、ジュラルミン=アルミニウム+銅(Cu)、永久磁石=鉄(Fe)を含む
② 正極=Coで①④⑤。光ファイバー=Siで①④。永久磁石=Feで④
③ ④

正解が正しい理由

リチウムイオン二次電池の正極材にはコバルト酸リチウム(LiCoO₂)などが用いられ、主な元素はCoである。光ファイバーは石英ガラス(二酸化ケイ素SiO₂)を主成分とし、主な元素はSiである。ジュラルミンはアルミニウムに銅(約4%)やマグネシウム等を加えた高強度のアルミニウム合金で、添加される主な元素はCuである。永久磁石にはネオジム磁石(Nd-Fe-B系)やフェライト磁石、アルニコ磁石などがあり、いずれも鉄(Fe)を主成分とする。したがってCo、Si、Cu、Feの組合せである④が正しい。

各選択肢について

• ① 永久磁石がZn(亜鉛)となっている点が誤り。永久磁石の主成分は鉄(Fe)を含む材料である。
• ② 正極材がC、光ファイバーがZn、ジュラルミンがFe、永久磁石がCuとなっており、いずれも誤り。C(黒鉛)はリチウムイオン電池では負極材に用いられる。
• ③ 正極材がC(黒鉛は負極材)、光ファイバーがZn、ジュラルミンがFe、永久磁石がSiとなっている点が誤り。
• ④ リチウムイオン電池正極材=Co、光ファイバー=Si、ジュラルミン=Cu、永久磁石=Feの組合せが、各材料の主な構成元素と一致しており、これが正答。
• ⑤ 光ファイバーがCu(銅は電気の導線)、ジュラルミンがSiとなっている点が誤り。光ファイバーの主成分はSiO₂、ジュラルミンはAl-Cu-Mg系合金である。

覚えるべきポイント

リチウムイオン電池は正極にコバルト酸リチウムなどのCo系酸化物、負極に黒鉛(C)を用いる。光ファイバーは石英ガラス(SiO₂)、ジュラルミンはAl-Cu-Mg系合金、永久磁石はFeを含む磁性材料(ネオジム磁石はNd-Fe-B系)であり、材料と主要元素の対応を押さえておく。