What is the difference between supercapacitors and batteries?

スーパーキャパシタ対バッテリーは、短距離走者と長距離走者を比較するようなものです。どちらも同じこと、つまりエネルギーを蓄える役割を果たしますが、用途に応じて違った強みと弱みがあります。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るのでしょうか？

スーパーキャパシタとは？

スーパーキャパシタは、静電および電気化学の2つのメカニズムを通じてエネルギーを蓄えます。静電による蓄電では、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。この二重層キャパシタンスは、セル内で化学反応を伴わずにエネルギーを蓄えます。この方法で蓄えたエネルギーは、必要に応じてすばやく放出できます。電気化学的メカニズムには酸化還元反応が関与しており、イオンが電解質と電極の間を移動することで電荷が蓄積されます。スーパーキャパシタは、用途に応じてどちらかまたは両方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？

Li-ionバッテリーは、最も一般的なタイプの充電可能な電池です。バッテリーは、電気化学プロセスを通じて電力を蓄え、必要に応じて電気エネルギーと化学エネルギーを変換します。Li-ionバッテリーは、体積エネルギー密度と重量エネルギー密度が非常に高いため、携帯型の高エネルギー密度貯蔵システムに適しています。Li-ionバッテリーは、電気自動車からスマートフォンやノートパソコンなどの多数のデバイスで使用されています。

スーパーキャパシタ対Li-ionバッテリー：長所と短所

• 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あたりのエネルギー蓄積量が少なくなります。EVにおけるエネルギー密度は、1回の充電あたりの走行距離に相当します。したがって、大きなエネルギー蓄積を必要とする用途にはバッテリーがより適しています。
• 出力密度: スーパーキャパシタは短時間で大量のエネルギーを供給できるため、急速な電力使用を必要とする用途に理想的です。電気車両の急速加速やカメラのフラッシュなどがこのような用途です。
• 自己放電: バッテリーの自己放電率は、スーパーキャパシタに比べてはるかに低くなっています。したがって、頻繁な再充電なしで長期間のエネルギー蓄積を必要とする用途には、バッテリーがより適しています。
• 寿命: バッテリーでは化学反応が成分を腐食させるため、スーパーキャパシタは1,000,000回以上の充放電サイクルに耐えられる一方で、通常のバッテリーは約2,000～3,000サイクルしか耐えられません。
• コスト: スーパーキャパシタは、コンポーネントコストと電力が非常に迅速に放出され、時には効率が悪いため、1ワットあたりのコストが高くなります。
• 持続可能性: Li-ion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、廃棄物や汚染に関する環境問題が伴います。対照的に、スーパーキャパシタは、再生可能で環境への負荷が少なく、リサイクルがしやすいバイオマス由来の活性炭などの持続可能な素材を使用できます。

どちらの技術が最適か？

簡単に言えば、スーパーキャパシタとバッテリーの選択は、用途に依存します。どちらも大きな価値を提供しますし、場合によってはチームとして最高に機能します。たとえば、スーパーキャパシタとバッテリーが両方装備されたバスは、必要に応じて加速するためにキャパシタを使用し、一定速度を維持するためにバッテリーが機能します。

しかし、バッテリーとスーパーキャパシタにはまだ多くの探求すべきことが残っています。そのため、両者のエネルギー密度、放電容量、サイクル耐久性、安全性を向上させるための新しい材料と化学の発見と完璧化に向けた多くの研究が行われています。

スーパーキャパシタとバッテリー研究のための分析ソリューション

マルバーン・パナリティカルでは、高性能なバッテリーとスーパーキャパシタを開発するための信頼性が高く、正確で多用途なツールを提供し、環境への影響を最小限に抑えるお手伝いをします。

たとえば、我々のZetiumやエプシロンレンジのX線蛍光分光計は、正極、負極、および電解質材料の元素組成と不純物を分析するために使用できます。

MastersizerやZetasizerアドバンスレンジは、粒子のサイズとサイズ分布の特性評価を可能にします。

EmpyreanやコンパクトなAerisX線回折装置は、結晶構造の欠陥を分析し、それがバッテリー性能に悪影響を及ぼすかどうかを判断できます。

エネルギー貯蔵材料の研究を加速させるために、弊社のソリューションがどのように役立つかについての詳細は、こちらのページをご覧ください。