電解コンデンサと充電式バッテリーの間のギャップを埋めるスーパーコンデンサは、ますます多くの用途で採用されつつあります。
スーパーキャパシタは何に使用されますか?
スーパーキャパシタは、高容量、高電力密度、長いサイクル時間など、さまざまな望ましい機能を備えた最先端のエネルギー貯蔵デバイスです。スーパーキャパシタはウルトラキャパシタとも呼ばれ、現在電解コンデンサと充電式バッテリーの間に存在するギャップを効果的に埋めます。
一般的な二重層スーパーキャパシタは、従来のキャパシタとは2つの重要な点で異なります。スーパーキャパシタの金属プレートは、通常のキャパシタよりもはるかに大きな表面積を持ち、プレート間のセパレーターが従来の誘電体とは異なる方法で機能するため、プレート間の距離は大幅に小さくなります。
バッテリーでは、充電と放電は電気化学反応です。スーパーキャパシタは、高表面積のプレート上に電荷を静電気的に蓄えます。これらのデバイスは蓄えられるエネルギーは少ないですが、数秒で充電または放電できます。したがって、スーパーキャパシタのアプリケーションは、主に短時間の電力供給に使用されます。少なくとも近い将来においては、長期間にわたって大量のエネルギーを貯蔵するには、バッテリーが依然として好ましい選択肢であり続けるでしょう。
スーパーキャパシタの用途とその多様な利点
過去数十年にわたり、スーパーキャパシタは、エキゾチックでユニークな設計上の選択肢から、バッテリーのバックアップから偶発的なストレージ メモリの損失の防止に至るまでのさまざまなアプリケーションに適した、日常的に頼られる技術へと進化してきました。 エンジニアは、優れた性能や信頼性など、この技術のさまざまな利点に惹かれてスーパーキャパシタに注目しています。
スーパーキャパシタの主な特性は、通常の条件下では数十万回充電および放電できることです。サイクル寿命が定められた電気化学電池とは異なり、スーパーキャパシタをサイクル使用しても、摩耗や損傷はほとんど発生しません。さらに、スーパーキャパシタはバッテリーよりも充電/放電サイクルが速くなります。
スーパーキャパシタは、ESRのせいで他のデバイスが提供できないレベルの電流処理能力を備えているため高く評価されています。スーパーキャパシタは、バッテリーよりも広い温度範囲に対応できます。
バッテリーサポートに使用する場合、スーパーキャパシタ技術は一次/二次バッテリーの寿命を通常最低でも2倍大幅に延長できます。
安全性は、さまざまな種類の製品設計、特にモバイル デバイスや ウェアラブル デバイスの設計において重要な考慮事項です。穴が開いたり、過充電、過熱、短絡が発生すると火災や爆発の危険があるリチウムイオン (li-ion) などの一部のバッテリー タイプとは異なり、スーパーキャパシタの故障は決して壊滅的ではありません。また、電池とは異なり、廃棄時に同様の注意を必要としないという点でも環境にも優しいです。
スーパーキャパシタの種類
スーパーキャパシタの性能は、電極材料と電解質に大きく依存します。スーパーキャパシタの高表面積電極は多孔質材料で形成されます。電荷は通常、電解質と電極材料の間に存在する境界の近くに蓄えられます。二重層コンデンサの場合、電極は通常、カーボンエアロゲル、カーボンクロス、またはカーボンブラックから作られます。
一部のスーパーキャパシタには水性電解質が組み込まれていますが、他のスーパーキャパシタには有機電解質が組み込まれています。一般的に使用される有機電解質には、アセトニトリルやプロピレンカーボネートなどがあります。
円筒形のスーパーキャパシタは、この技術の基本的な主力製品です。これらのデバイスは、幅広い産業および消費者向け技術エンジニアに、最適なパルス電力処理特性を提供し、コスト競争力を維持しながら競合製品を大幅に上回るソリューションを提供できるように設計されています。
AVXは、2 ～ 4端子の平面マウント、スルーホール マウント、拡張スタンドオフ スルーホール マウント、ワイヤ リード マウントなど、幅広いマウント構成の円筒形スーパーキャパシタを提供しています。直列接続モジュールもご用意しております。
複数のアプリケーション
それでも スーパーキャパシタ 比較的新しい技術（少なくとも従来のコンデンサと比較した場合）ですが、現在では幅広い用途で使用できるようになっています。スーパーキャパシタの最も初期の用途の1つは、短時間の停電を補ったり、電気の流れをスムーズにしたりするために一次電池のバックアップとして使用することでした。スーパーキャパシタは、現在でも広く使用されており、無停電電源装置 (UPS)、ワイヤレス警報システム、スマートメーター、さらにはソリッドステートドライブ (SSD) にも使用されています。
スーパーキャパシタは、パルスアプリケーション、テレメトリ、ピークパワーアシスト、電子ロックに電力を供給するためにも広く使用されています。さらに、多くのエンジニアは、停電時にバックアップ発電機を起動し、切り替えがフルスピードに達するまで電力を供給するための最良の方法として、スーパーキャパシタ技術に目を向けています。日本では、ピーク需要時の電力系統消費を削減し、負荷を軽減するために、大型スーパーキャパシタが商業ビルに頻繁に設置されています。
スーパーキャパシタは現在、 エネルギーハーベスター 太陽電池、風力タービン、海洋波、その他の外部エネルギー源から集めたエネルギーを捕捉して貯蔵し、低エネルギー電子機器に電力を供給します。スーパーキャパシタは、高電力密度と高い信頼性を備えながら、広範囲の動作温度にわたる過酷な環境で動作できるため、 モノのインターネット (IoT) センサーや通信設計にも最適です。
低電力電子機器の急速な成長に貢献できる高性能エネルギー貯蔵デバイスとして、スーパーキャパシタに注目するエンジニアが増えています。スマートフォン、スマートウォッチ、GSM/GPRSモジュール、ウェアラブル医療機器などのポータブル電子機器はすべて、スーパーキャパシタ技術の恩恵を受けることができます。たとえば、Honeywell は現在、数秒以内に完全に充電できるスーパーキャパシタ駆動のバッテリー不要のUPCスキャナーを提供しています。メーカーは、標準的なリチウムイオン電池の約6倍にあたる8年以上の寿命を約束しています。
自動車業界は、スーパーキャパシタのもう一つの主要採用者として浮上しており、この技術をさまざまな車両システムに統合しています。スタート/ストップ機能とパワーステアリングは、このテクノロジーのパフォーマンスと温度許容特性の恩恵を受けることができます。将来的には、スーパーキャパシタは自動車やトラックのガソリンエンジンと連動して動作し、ハイブリッド車のバッテリーを急速に充電する能力を持つことが期待されています。ハイブリッド車にスーパーキャパシタを搭載することで、高い電力制御と効率で長距離を走行できるようになります。
鉄道業界も、スーパーキャパシタ技術の エネルギー収集 の可能性を評価し始めています。たとえば、スペインの鉄道会社CAFは、路面電車向けに設計された車載型スーパーキャパシタベースのエネルギー収集システム、Greentech Evodriveを提供しています。この技術はブレーキ時に放出される運動エネルギーを回収し、路面電車の全体的なエネルギー効率を向上させます。
AVXの利点
AVX は、標準の円筒型スーパーキャパシタを最も幅広く取り揃えており、カスタム設計の要求に応えることができます。AVXは、エネルギー貯蔵の最大化、低ESR、および最小の漏れ電流に重点を置いた多様な部品を提供しています。
たとえば、同社の円筒形電気化学二重層コンデンサのSCCおよびSCMシリーズは、非常に高い静電容量と非常に低いESRの組み合わせに基づいて、優れたパルス電力処理特性を提供します。これらのデバイスは、単独で使用することも、一次電池や二次電池と組み合わせて使用することで、バックアップ時間の延長や電池寿命の延長、必要なときに瞬時に電力パルスを供給することなどを実現します。
AVXのBZシリーズのBestCapスーパーキャパシタは、無害なプロトン活性化ポリマー システムをベースとした低ESRパルス スーパーキャパシタです。この製品は有機電解質で作られたデバイスと直接競合しますが、電圧範囲は3.6V ～ 20Vとはるかに広くなっています (有機は通常、セルあたり約3Vに制限されています)。BestCapの温度範囲は -20°C ～ +70°Cとバッテリーよりも広く、-40°C ～ +75°Cの間で選択可能な値も提供しています。BestCapは、すべてのスーパーキャパシタの中で最も「キャパシタのような」周波数応答を提供し、低ESRと薄型特性を特徴としています。
SCPシリーズに搭載されているAVXのPrizmaCap角柱型スーパーキャパシタは、AVXスーパーキャパシタの中で最も薄型で、最も広い動作温度範囲を実現します。これらのデバイスは、単独で使用することも、一次電池や二次電池と組み合わせて使用することもでき、より長い電池寿命と、必要なときに瞬時に電力パルスを供給して、バックアップ時間を延長します。これらのデバイスは、パルス電力処理、エネルギー貯蔵、エネルギー/電力保持、およびバッテリーアシストを必要とするアプリケーションを対象としています。
すべてのAVXスーパーキャパシタ シリーズは、リードの向き、ワイヤー ハーネス リード、パッケージング、および電圧、静電容量、その他の重要な領域における非標準の提供に関してカスタマイズが可能です。高電圧スーパーキャパシタ アプリケーションの場合、AVXは、エンクロージャ、バランス、ヘルス モニタリング サポートを備えたカスタム モジュール アセンブリを設計および構築できます。
スーパーキャパシタの人気が高まる
スーパーキャパシタは急速に成長しているエネルギー貯蔵技術であり、ますます多くのアプリケーションで人気の設計選択肢となっています。リチウムイオン電池は現在、個人用および商用の幅広いデバイスで使用されていますが、電力密度と充電/放電サイクル数の点で、この技術はスーパーキャパシタに決して対抗できません。
スーパーキャパシタの採用が拡大し、新たな用途が想定されるにつれて、世界中の研究者は、カーボンナノチューブ、ポリピロール、チタン酸バリウムなど、静電容量とエネルギー密度の向上が期待される新しい形態の誘電体材料を研究することで、性能と互換性の向上に努めています。
乞うご期待。スーパーキャパシタの物語は始まったばかりです。
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