スーパーキャパシタ — デバイス、実用化、利点と欠点

スーパーキャパシタとは何ですか

スーパーキャパシタまたはスーパーキャパシタは通常の電解コンデンサに似ていますが、電気容量がはるかに大きい（非常に大きなコンデンサ）点で後者とは異なります。その特性の観点から見ると、イオニスタはバッテリーとコンデンサーを組み合わせたものです。彼のデバイスは電気二重層を持つコンデンサーとして説明できます。スーパーコンデンサーが英語のリソースで EDLC (Electric Double Layer Capacitor) と呼ばれるのも当然です。

このようなコンデンサは、従来のコンデンサのように、単にプレート間の誘電体に蓄えられた電場によってではなく、内部で起こる電気化学プロセスのおかげで機能します。プレート間に古典的な誘電体層はなく、プレート自体は反対のタイプの電荷キャリアが異なる物質でできています。

その程度まで コンデンサの静電容量 プレートの面積に正比例します。大きな容量を得るためには、プレートの広い面積が必要です。スーパーキャパシタの電極が通常、発泡カーボンで作られているのはこのためであり、これにより非常に大きな面積の「プレート」が得られます。

電極はセパレーターで分離されており、固体酸またはアルカリ電解質の中にあります。セパレータは電極間の短絡を解消します。ルビジウム、銀、ヨウ素の結晶質電解質により、低温に耐える大容量、低自己放電イオニスタの作成が可能になります。

内部抵抗の低いスーパーキャパシタは、たとえば硫酸溶液に基づいて得られますが、そのようなスーパーキャパシタの動作電圧は1ボルトに制限されており、さらに、そのような溶液は有毒であるため、ほとんど使用されません。

スーパーキャパシタ内の電気化学反応により、電子の一部が電極から放出され、電極が正に帯電します。マイナスイオンは電解質によってプラスに帯電した電極に引き寄せられます。これにより電気層が形成されます。

その結果、スーパーキャパシタの電荷は炭素と電解質の間の界面に蓄積され、カチオンとアニオンによって形成される電気層の厚さはわずか 1 ～ 5 nm であり、これはキャパシタのプレート間の非常に小さな距離に相当します。 。これにより、ファラッド単位で測定される大きな静電容量が生じます。スーパーキャパシタには極性があるため、回路に接続するときは正しい極性を守る必要があります。

スーパーキャパシタの応用

現在、スーパーキャパシタは、マイクロコントローラー、メモリ回路、CMOS チップ、電子時計などのバックアップ電源としてデジタル テクノロジーでよく使用されています。

スーパーキャパシタをバッテリーと組み合わせて使用​​すると、効率が向上し、バッテリーの重量とサイズを削減できるため、ピーク負荷時に追加の電力を供給できます。

スーパーキャパシタは、コンデンサとバッテリの中間的な位置にあるため、回生ブレーキシステムのエネルギー貯蔵、低電力アプリケーション、急速充電アプリケーション（雷、プレーヤー、メモリなど）など、さまざまな分野に応用できます。

将来的には、数分で充電できるという利点を備えたポータブル電子機器、電気自動車、その他現在バッテリーで動作するあらゆるものが登場する可能性があります。スーパーキャパシタは、短期間の電力消費条件下で多数の充放電サイクルが必要な場合にも不可欠です。

現在、スーパーキャパシタの適用が成功している分野の一部のみをリストします。

• 風力エネルギー、
• 医療機器、
• 冗長電源、
• エネルギー予備力、
• ブレーキエネルギー回生、
• 家電製品やキッチン家電などの食品、
• LEDとセンサーに電力を供給し、
• バックアップメモリ​​、
• 電子錠の電源の維持、
• 電圧の安定化。

長所と短所

スーパーキャパシタの欠点には、動作電圧が低いこと (セルあたり最大 2.7 ボルトであるため、スーパーキャパシタをバッテリーに集める必要がある)、およびバッテリーやキャパシタに比べて価格がかなり高いことが挙げられます。

スーパーキャパシタの優れた特性: 充放電速度、数十万サイクルのリソース、メンテナンス不要、小型軽量、使いやすさ、幅広い動作温度、長寿命。

以下も参照してください。 電池とコンデンサの違いは何ですか