ハイブリッドスーパーキャパシタは、エネルギー貯蔵の代替手段を提供します

充電式バッテリーとスーパーキャパシターにはそれぞれ相対的な長所と短所がありますが、両方のテクノロジーを1つの構造に統合するハイブリッド設計により、それぞれの制限の多くを克服できます。

電気二重層キャパシタ（EDLC）は、ほとんどの場合「スーパーキャパシタ」と呼ばれ、「ウルトラキャパシタ」と呼ばれることもありますが、驚くべきパッシブエネルギー貯蔵コンポーネントです。複数のファラッドの高い静電容量と小さなサイズの結果として、それは体積と重量の両方で高密度のエネルギー貯蔵を提供します。一部のリモートセンシング、IoT、および環境発電を利用したアプリケーションでは、スーパーキャパシタが充電式バッテリーの代替品です。他の状況では、それらはそれらの電気化学ベースのエネルギー貯蔵コンポーネントの弱点のいくつかを克服するためにバッテリーと組み合わせて使用​​されます。一方が他方より本質的に優れているというわけではありません。代わりに、スーパーキャパシタと充電式電池（化学的性質に関係なく）にはそれぞれ相対的な長所と短所があります。アプリケーションの優先順位によって、どちらが最も理にかなっているか、またはある種のタンデム配置で両方が必要かが決まります。

1つまたは両方を2つの個別のコンポーネントとして選択する代わりに、ハイブリッドスーパーキャパシタという興味深い方法がもう1つあります。このエネルギー貯蔵装置は、充電式バッテリーとスーパーキャパシタの明白な同時パッケージングではありません。代わりに、単一のアセンブリが同時にスーパーキャパシタとリチウムイオン電池の両方であるという独自の構造を使用しています（図1）（詳細については、参考文献を参照してください）。

図1：ハイブリッドスーパーキャパシターの構造のこの最上層の図は、それがスーパーキャパシターではなく、単一の2端子パッケージを共有するバッテリーであることを示しています。 （画像ソース：太陽誘電）

これらのハイブリッドスーパーキャパシタのベンダーには、太陽誘電（同社は技術的に非常に正しいリチウムイオンスーパーキャパシタと呼んでいます）、Eaton、およびMaxwell Technologies、Inc。（現在はテスラの一部）があります。

標準のスーパーキャパシタとリチウムイオン二次電池の比較を提供する多くの投稿された表があります（表1）。ご想像のとおり、リソースとベンダーごとに異なる視点があり、テクノロジー自体は急速に進化していることに注意してください。

表1：これは、スーパーキャパシターとリチウムイオン二次電池の最上位の特性を比較したものです。情報源とタイミングに応じて、それぞれに異なるエントリのセットが含まれる場合があります。 （画像ソース：Maxwell Technologies、Inc.、Battery University経由）

これらのハイブリッドスーパーキャパシタの明らかな長所にもかかわらず、私は常にハイブリッドデバイスと構造全般について複雑な感情を抱いていました。一方では、2つのテクノロジーまたは材料を組み合わせることで、いくつかの弱点を克服しながら、それぞれの最良の側面を維持できることがよくあります。これは電子機器だけに当てはまるわけではありません。バーで補強されたコンクリートや、最新世代の航空機の機体や付属品の外板として使用されている炭素繊維強化ポリマー（CFRP）を考えてみてください。

同時に、これらの組み合わせには新しい欠点がある場合があります。たとえば、多機能テスト機器は、単一目的の最適化されたユニットと比較して、仕様が低下している場合や、柔軟性の制限がある場合があります。広く知られている「スイスアーミーナイフ」は非電気的な例です。個々のツールはそれぞれ「十分にOK」である可能性がありますが、専用ツールほど優れているわけではありません。それでも、ブレードとアクセサリの全体的な組み合わせとパッケージングは​​、サイズ、重量、およびコストの面でメリットがあります。

ハイブリッドスーパーキャパシタの場合、管理上の問題もあります。リチウムイオン二次電池には、充電と放電の速度、クーロンカウント、および温度の監視（いくつかの要因を引用）に関して特定のニーズがあります。スーパーキャパシタには、独自の比較可能なリストがあります。では、ハイブリッドスーパーキャパシタはどのように管理されるのでしょうか。戦術は矛盾しますか、それとも単一のアプローチが2端子ハイブリッドで機能するのに十分類似していますか？

トンネルダイオードについて考えます。その魅力的な性能特性にもかかわらず、明確な入出力アース接続のない2端子デバイスとして、実際に使用するのはかなり困難であり、不利になりました。同じことがPINダイオードにも当てはまります（そのアプリケーション回路図のいくつかを見てください）。おそらく、最近導入されたMaxim MAX38889、2.5V〜5.5V、スーパーキャパシタバックアップアプリケーション用に最適化された3Aリバーシブルバック/ブーストレギュレータなどのICは、両方で十分に機能しますか？ （図2）

図2：MAX38889は、特にスーパーキャパシタ管理を対象としています。回路にバッテリーが入っている可能性もあります。 （画像ソース：マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ）

特定の問題にハイブリッドソリューションを使用するかどうかを決定するには、多くの場合、評価が難しいトレードオフを検討する必要があります。各構成要素が他の構成要素の1つまたは複数の短絡を克服するという明らかな利点に加えて、新しい弱点が導入される場合も多くあります。

スーパーキャパシタハイブリッドを使用することは理にかなっていますか？答えは簡単です：それは異なります。場合によっては、アプリケーションで新しい欠点が受け入れられないこともありますが、他の場合では、新しい利点が欠点を上回ります。定量的には、モデルは「1 +1 <、=、または> 2ですか？」という方程式を解くだけではありません。ただし、ソリューションによって生じるギャップも評価する必要があります。

ハイブリッド（複合または統合）ソリューション（ハイブリッドスーパーキャパシタだけでなく）についてのあなたの経験は何ですか？全体的な利益は、追加された欠点よりも重要でしたか？ハイブリッドアプローチの長所と短所のバランスをどのように判断しますか？

参照
イートン、「ハイブリッドスーパーキャパシタの説明」

イートン、「HSハイブリッドスーパーキャパシタホワイトペーパー」

バッテリー大学、「BU-209：スーパーキャパシタはどのように機能しますか？」

太陽誘電、「リチウムイオンキャパシタ：究極のEDLC代替品」

太陽誘電、「電力貯蔵装置：リチウムイオンコンデンサ;電気二重層コンデンサ」

技術概要、「スーパーキャパシタはパフォーマンスと効率を向上させるためにハイブリッド化」

>>この記事は、もともと姉妹サイトEEで公開されました。タイムズ。

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