スーパーキャパシタとバッテリーの違い

スーパーキャパシタ対 バッテリー: 短距離ランナーをマラソンランナーと比較するようなものです。どちらもエネルギーを貯蔵するという同じ仕事を行いますが、それぞれの用途に理想的に適合するために異なる長所と短所を持っています。それでは、スーパーキャパシタは最も一般的なタイプのバッテリーであるリチウムイオン(Li-ion)バッテリーとどのように比較されますか？

スーパーキャパシタとは何ですか？

スーパーキャパシタは静電気および電気化学の二つのメカニズムを通じてエネルギーを貯蔵します。静電気の貯蔵では、電極－電解質界面で電荷が分離され、イオンの電気二重層が形成されます。この二重層容量はセル内の化学反応なしでエネルギーを貯蔵します。このように貯蔵されたエネルギーは必要なときに素早く放出されます。電気化学的メカニズムは酸化還元反応を含み、ここで電荷は電解質と電極間のイオン移動を通じて貯蔵されます。スーパーキャパシタは用途に応じて一つまたは二つのメカニズムを利用できます。

リチウムイオンバッテリーとは何ですか？

リチウムイオンバッテリーは最も一般的なタイプの充電可能な電気バッテリーです。バッテリーは電気化学プロセスを通じて電気を貯蔵します。すなわち、必要なときに電気を化学エネルギーに変換し、再び電気に変換します。リチウムイオンバッテリーは体積および重量エネルギー密度が最も高いため、携帯可能な高エネルギー密度貯蔵システムに適しています。リチウムイオンバッテリーは電気自動車からスマートフォン、ノートパソコンまでさまざまな機器で使用されています。

スーパーキャパシタとリチウムイオンバッテリーの長所と短所比較：

エネルギー密度: スーパーキャパシタは従来のバッテリーに比べて単位体積または重量当たりのエネルギー貯蔵がかなり少ないです。EVにおいてエネルギー密度は一回の充電での走行距離として解釈されます。したがって、バッテリーは大規模なエネルギー貯蔵が必要な応用分野により適しています。

パワー密度: スーパーキャパシタは短時間で大量のエネルギーを提供できるため、迅速な電力使用が必要なアプリケーションに理想的です。電気自動車の迅速な加速やカメラのフラッシュがそのような応用分野です。

自己放電: バッテリーはスーパーキャパシタに比べて自己放電率が非常に低いため、頻繁に再充電することなく長期間エネルギーを貯蔵する必要がある応用分野により適しています。

寿命: バッテリーでは化学反応により構成要素が腐食します。したがって、スーパーキャパシタは1,000,000回以上の充放電サイクルを処理できますが、通常のバッテリーは約2,000〜3,000サイクルにしか耐えられません。

コスト: スーパーキャパシタは構成要素のコストと電力が非常に早く放電されるために非効率的であることがあり、一般的にワット当たりのコストが高くなります。

持続可能性: リチウムイオンバッテリーに必要なリチウム、ニッケル、コバルトの採掘には、廃棄物および汚染に関連する環境問題があります。対照的に、スーパーキャパシタはより再生可能で、環境にやさしく、リサイクルしやすいバイオマス原料の活性炭などの持続可能な材料を使用できます。

どの技術が優れていますか？

つまり、スーパーキャパシタまたはバッテリーの選択はすべてアプリケーションに依存します。両方ともかなりの価値を提供しており、場合によっては両方とも利用することで最良の効果を発揮します！ 例えば、両方を装備したバスは、必要なときにキャパシタを使って加速でき、一定の速度を維持する必要があるときにはバッテリーが代わりになります。

しかし、バッテリーとスーパーキャパシタの両方においてまだ探求しなければならない部分がたくさん残っています。バッテリーとスーパーキャパシタのエネルギー密度、放電容量、サイクル耐久性、安全性を向上させる新しい材料や化学物質を見つけ完成させるための多くの研究が進行中です。

スーパーキャパシタおよびバッテリー研究のための分析ソリューション

Malvern Panalyticalは研究者と製造業者が環境への影響を減らしながら高性能バッテリーとスーパーキャパシタを開発することを可能にする信頼性があり、正確で、さまざまなツールを提供します。

例えば Zetium または Epsilon のX線蛍光分光計は、アノード、カソード、電解液の材料の元素組成と不純物を分析するために使用できる。

Mastersizer および Zetasizer Advance 製品群を使用すれば、サイズおよびサイズ分布に関する粒子特性化が可能である。

Empyrean および 小型Aeris X線回折装置は、バッテリー性能に悪影響を及ぼす結晶欠陥についてスーパーキャパシタおよびバッテリー材料を分析することができる。