科学・技術
リチウムイオンキャパシタとは?
What is a Lithium-ion capacitor? (jtekt.co.jp)
要約
リチウムイオンキャパシタは、二次電池に分類される蓄電デバイスの一種です。電力密度が高く、サイクル寿命が長いという特徴があり、電気二重層キャパシタ(EDLC)とリチウムイオン二次電池の長所を組み合わせた構造をしています。特にJTEKTが開発した「Libuddy」は、動作温度範囲の拡大により電力密度とサイクル寿命が大幅に向上しています。
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リチウムイオンキャパシタとは?
キャパシタは二次電池に分類される蓄電デバイスです。使用される材料によって様々な種類のキャパシタが開発されていますが、一般的に大容量のキャパシタには「電気二重層キャパシタ(EDLC)」と「リチウムイオンキャパシタ」の2種類があります。
蓄電デバイスの電力密度とエネルギー密度の比較 >電力に関する用語集はこちら
特徴
キャパシタの特徴は、電気の出入り(充電/放電)が非常に速いことです。よく知られている蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池など)と比較すると、エネルギー密度は劣りますが、電力密度に優れ、充放電の繰り返しによる性能劣化が少なく、寿命が長いのが特徴です。
性能比較表
◎優れている、◯良い、△平均
| | リチウムイオン電池 | EDLC | リチウムイオンキャパシタ(従来型) | リチウムイオンキャパシタ(Libuddy) |
|---|---|---|---|---|
| エネルギー | ◎ | △ | ◯ | ◯ |
| 電力密度 | △ | ◯ | ◯ | 〇⇒◎(耐熱性向上により改善) |
| サイクル寿命(充放電回数) | △ | ◯ | ◯ | 〇⇒◎(耐熱性向上により改善) |
| 動作温度範囲(℃) | -20~60 | -40~70 | -30~70 | -40~85 |
| 動作電圧(V) | ~4.3 | 0~2.7 | 2.2~3.8 | 2.2~3.8 |
Libuddyは、広い動作温度範囲により電力密度とサイクル寿命が大幅に向上しました。
Libuddyとは
試験データ >電力に関する用語集はこちら
リチウムイオンキャパシタの原理と構造
リチウムイオンキャパシタは、EDLCの正極とリチウムイオン二次電池の負極を組み合わせたものです。これにより、一般的なキャパシタよりも高いエネルギー密度と、一般的なリチウムイオン二次電池よりも高い安全性を実現しています。
| | リチウムイオン電池 | EDLC | リチウムイオンキャパシタ(従来型) | リチウムイオンキャパシタ(Libuddy) |
|---|---|---|---|---|
| 内部構造 | 拡大するにはクリック | 拡大するにはクリック | 拡大するにはクリック | 拡大するにはクリック |
| 充放電メカニズム | +:リチウム化学反応
-:リチウムの挿入/除去 | +:電解液イオンの吸着/脱着
-:電解液イオンの吸着/脱着 | +:電解液イオンの吸着/脱着
-:リチウムの挿入/除去 | +:電解液イオンの吸着/脱着
-:リチウムの挿入/除去 |
| 特徴 |
| エネルギー (Wh/L) | 200~400 | 3~6 | 10~20 | 13 |
| 電力密度 (W/kg) | 500~2,000 | 1,000~4,500 | 1,000~3,500 | 7,000 |
| サイクル寿命 (cyc.) | 1,000~3,000 | 100,000超 | 100,000超 | 100万超 |
| 動作温度限界(℃) | -20~60 | -30~70 | -30~60 | -40~85 |
キャパシタには積層型と円筒型があります。JTEKTでは積層型(下図参照)を使用しています。 >電力に関する用語集はこちら
リチウムイオンキャパシタの製造方法
リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池とほぼ同じ工程で製造されます。
リチウムイオンキャパシタの一般的な製造方法
電力に関する用語集
| 用語 | 説明 |
|---|---|
| 電流 (A) | 1秒間に流れる電子の数 |
| 電圧 (V) | 2点間の電位差 |
| ワット (W) | 1秒間に出力できる電気エネルギー量 |
| ワット時 (Wh) | 総電気エネルギー |
| 内部抵抗 (mΩ) | エネルギー貯蔵デバイスの抵抗 |
| Cレート (C) | 出力しやすさを表す値 |
| ジュール熱 (J) | 導体に電流が流れるときに発生する熱 |
| 一次電池 | 放電のみ可能な電池(充電不可) |
| 二次電池 | 充電可能な電池(繰り返し使用可能) |
| フロート充電 | 一定電圧で充電する方法 |
| 電力密度 (W/L, W/kg) | 単位体積または質量あたりの電力 |
| エネルギー密度 (Wh/L, Wh/kg) | 単位体積または質量あたりの電気エネルギー |
リンク
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