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スーパーキャパシタ

1957
  • H. I. Becker
Researcher analyzing supercapacitor in electrochemistry laboratory.

(画像はイメージです)

1 electric double-layer capacitor (EDLC), or supercapacitor, stores energy electrostatically by polarizing an electrolytic solution. Unlike a conventional battery, no chemical reactions are involved. It stores energy in the electric double-layer (Helmholtz double layer) formed at the interface between a high-surface-area electrode and an electrolyte. This allows for extremely fast charging and discharging and a very long cycle life.

電気二重層キャパシタ(EDLC)の基本原理は、固体導電性電極と液体電解質との界面での電荷分離です。電極は通常、活性炭または非常に高い表面積(1グラムあたり最大2000平方メートル)を持つその他の多孔質材料でできています。電圧を印加すると、電解質中のイオンが反対極性の電極に向かって移動し、2つの電荷層(電極表面の電子層と電解質中のイオン層)を形成します。これらの2つの層は、ヘルムホルツ層と呼ばれる分子的に薄い絶縁層によって分離されており、この層が誘電体として機能します。静電容量は[latex]C = frac{epsilon A}{d}[/latex]で与えられます。ここで、[latex]epsilon[/latex]は電解質の誘電率、Aは電極表面積、dは電荷分離距離です。巨大な表面積と極めて小さな電荷分離距離(ナノメートルオーダー)により、従来のコンデンサの数千倍にもなる非常に高い静電容量値が得られます。これにより、かなりの量のエネルギーを蓄えることができるが、エネルギー密度はバッテリーよりも低い。最大の利点は電力密度、つまり非常に高速に電荷を供給および吸収できる能力である。

UNESCO Nomenclature: 2203
物理化学

タイプ

物理デバイス

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ライデン瓶の発明(1745年)
  • ヘルムホルツの電気二重層理論(1850年代)
  • 多孔質炭素材料の開発
  • 静電気と静電容量の基本原理

アプリケーション

  • バス、電車、クレーンにおける回生ブレーキ
  • 電子機器のメモリ(SRAM、DRAM)の短期電源バックアップ
  • 再生可能エネルギーシステムにおける電力安定化
  • エンジンのコールドスタートアシスト
  • カメラのフラッシュ

特許:

  • US2800616A

潜在的なイノベーションのアイデア

  • hybrid supercapacitors combining battery-like electrodes with capacitor-like electrodes
  • graphene-based electrodes for even higher surface area and conductivity
  • structural supercapacitors integrated into car body panels
  • micro-supercapacitors for powering IoT sensors and ウェアラブル tech
  • electrolyte optimization for wider operating temperatures and higher voltages
  • flexible and stretchable supercapacitors
  • redox-active electrolytes (pseudocapacitors) to increase energy density
  • yarn-based supercapacitors woven into textiles
  • transparent supercapacitors for smart windows and displays
  • self-healing supercapacitors
Related to: supercapacitor, EDLC, ultracapacitor, electric double-layer, Helmholtz layer, activated carbon, power density, regenerative braking, electrostatic storage, fast charging.

歴史的背景

スーパーキャパシタ

1950
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1959-11
1960
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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