スーパーキャパシタとバッテリーの違いとは?
スーパーキャパシタ vs バッテリー
スーパーキャパシタとリチウムイオンバッテリーを比較するのは、スプリンターとマラソンランナーを比較するようなものです。
どちらもエネルギーを蓄える役割を果たしますが、長所と短所が異なります。
スーパーキャパシタとは?
スーパーキャパシタとは、静電と電気化学の2つのメカニズムを通じてエネルギーを蓄えます。
静電ストレージでは、電荷が電極-電解質界面で分離され、イオンの電気二重層が形成されます。この二重層静電容量は、セル内で化学反応を起こさずにエネルギーを蓄えます。
このようにして蓄えられたエネルギーは、必要なときにすぐに放出することができます。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、電解質と電極の間のイオンの移動によって電荷が蓄積されます。
スーパーキャパシタは、その意図されたアプリケーションに応じて、一方または両方のメカニズムを利用できます。
リチウムイオン電池とは?
リチウムイオン電池とは、充電式電池の最も一般的なタイプです。バッテリーは、電気化学プロセスを通じて電気を蓄え、電気を化学エネルギーに変換し、必要に応じて電気に戻します。リチウムイオン電池は、体積と重量のエネルギー密度が最も高いため、ポータブルな高エネルギー密度貯蔵システムに適しています。リチウムイオン電池は、電気自動車からスマートフォンやラップトップまで、さまざまなデバイス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電池の長所と短所
- エネルギー密度:スーパーキャパシタは、従来のバッテリーと比較して、単位体積または重量あたりのエネルギー貯蔵量がはるかに少なくなります。EVでは、エネルギー密度は充電あたりの走行距離に変換されます。したがって、バッテリーは、大規模なエネルギー貯蔵を必要とするアプリケーションにより適しています。
- 電力密度:スーパーキャパシタは短時間で大きな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アプリケーションに最適です。電気自動車の急速な加速やカメラのフラッシュはそのようなアプリケーションです。
- 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、バッテリーは、頻繁な再充電を伴わずに長期エネルギー貯蔵を必要とするアプリケーションにより適しています。
- 寿命:バッテリーでは、化学反応によってコンポーネントが腐食するため、スーパーキャパシタは1,000,000回以上の充電/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サイクルしか耐えられません。
- コスト:スーパーキャパシタは、部品のコストと、電力が非常に速く放電されるため、場合によっては非効率的に放電されるため、通常、ワットあたりのコストが高くなります。
- 持続可能性:リチウムイオン電池に必要なリチウム、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上の懸念が伴います。対照的に、スーパーキャパシタは、より再生可能で、環境への害が少なく、リサイクルが容易なバイオマス源からの活性炭など、より持続可能な材料を使用できます。
どのテクノロジーが最適?
スーパーキャパシタとバッテリーの選択は、使用するアプリケーションによって異なります。どちらも大きな価値を提供し、時には一緒に使うことで最適に機能します。
例えば、バスに両方を装備する場合：
- 加速時：スーパーキャパシタが瞬時に大きな電力を供給します。
- 安定した速度維持時：バッテリーが電力供給を引き継ぎます。
しかし、電池とスーパーキャパシタの両方にはまだ多くの研究が必要です。研究の焦点は以下の点にあります。
- エネルギー密度の向上
- 放電容量の増加
- サイクリング耐久性の強化
- 安全性の向上
これらの研究により、新しい材料や化学物質が見つかり、バッテリーとスーパーキャパシタの性能がさらに向上することが期待されています。
スーパーキャパシタおよび電池研究のための分析装置
マルバーン・パナリティカルでは、研究者やメーカーが環境フットプリントを削減した高性能バッテリーやスーパーキャパシタを開発するのを支援するために、信頼性、精度、汎用性に優れたツールを幅広く提供しています。
たとえば、ZetiumやEpsilonシリーズの蛍光X線分析装置は、カソード、アノード、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。
マスターサイザーシリーズおよびゼータサイザーアドバンスシリーズは、粒子径や粒子径分布の粒子特性評価を可能にします。
Empyreanおよび密集したAerisのX線回折装置は、電池の性能に悪影響を及ぼす結晶の欠陥のためのスーパーキャパシタおよび電池材料を分析することができます。 マルバーン・パナリティカルのソリューションがエネルギー貯蔵材料の研究を加速させるのにどのように役立つかの詳細については、こちらのページをご覧ください。