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電気二重層コンデンサを解説！ 【EDLC スーパーキャパシタ】【イチケン電子基礎シリーズ】
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- เผยแพร่เมื่อ 14 ส.ค. 2024
- スーパーキャパシタの一種である電気二重層キャパシタ(EDLC)の動作原理、構造、製造工程、応用先、他のエネルギー蓄積デバイスとの違いについて解説しました。
55分程の動画です。社員研修として使えるレベルの内容を目指しました。
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電解コンデンサの製造工程 • 【工場見学】電解コンデンサができるまで
スーパーキャパシタでエンジン始動 • スーパーキャパシタでエンジン・セルモータは始...
キャパシタについて解説 • 電気回路でよく見かけるこの部品は何? 【コン...
コンデンサの役割と使い方 • コンデンサの役割と使い方 【イチケン電子基礎...
キャパシタとコンデンサが混ざっていますが適宜変換してください。
サムネイルのショベルは小松製作所から引用しました。(小松製作所はEDLCを内製しているのでAVX製のEDLCを利用しているわけではありません。)
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■参考文献など
・「キャパシタ便覧」, 丸善出版, 2009.
・日本ケミコン株式会社, TECHNICAL NOTE -電気二重層キャパシタの上手な使い方
・坂本, 阿部, 「瞬時電圧低下現象」, 電学誌, vol.128, no.9, 2008.
・「風力発電用キャパシタ充放電装置」, 東洋電機技報 第125号 2012-3
・国立研究開発法人科学技術振興機構 低炭素社会戦略センター, 蓄電池システム（Vol.9） －次世代電極活物質を用いたリチウムイオン電池の製造コスト試算－, 2021.3.
・奥村 卓司,．建設機械の電動化に向けた大容量キャパシタ・蓄電池の現状と今後への期待, Electrochemistry, 85 巻, 12 号, p. 801-805, 2017.
・西田, 二瓶, ハイブリッド油圧ショベル HB335/HB365-1 製品紹介,コマツテクニカルレポート, VOL. 59 NO.166, 2013.
・日本ケミコン, 「電気二重層キャパシタの基礎知識」, www.chemi-con...., 2022/07/15.
・ルネサス, 「瞬時電圧低下による川尻工場の生産影響について」www.renesas.co...
・「成功するまで継続する」ことでイノベーション・レベルに達し、グローバルビジネスをリード、provision No.74, summer, 2012
・キャパシタフォーラム, capacitors-foru..., 2022/07/15.
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0:00 EDLCを分解する
5:12 キャパシタの種類
7:21 EDLCの特長
8:50 キャパシタの構造
11:08 EDLCの構造
13:36 電極の詳細構造
15:37 活性炭の原料・作り方
16:40 EDLCの動作原理 ~電気二重層とは~
20:34 EDLCの等価回路
21:30 EDLCの耐圧が低すぎる
24:07 復習 アルミ電解コンデンサの耐圧が高い理由
27:21 EDLCの製造工程
32:01 EDLCの応用先を少し説明
33:35 EDLCの特性(充放電)
37:52 リチウムイオン電池との違い
39:02 EDLCのパワー・エネルギー密度
40:24 バッテリーの代わりとして使えるか？
42:04 EDLCの応用先(瞬低補償装置)
45:02 建設機械にも使われるEDLC
47:37 主要メーカー
49:01 EDLCの形状
49:53 EDLCを自作する
53:18 スポンサー紹介
54:32 評判がよかったら電動機、パワー半導体シリーズを作るかも。
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もっと授業してください！！
スクショ奴はぶち転がしてけ、素晴らしい教育動画なんだからン万円取ってけやで( ˘ω˘)b
電材商社の私がコッソリ観ていますからね。。。
MLCCに携わってる者です。やはり仕事してる以上作ってる物くらい知ってないと恥ずかしいので、こういった電子部品の説明はほんとに勉強になります。ありがとうございます。
以前，工業高校の電気科で教えていたことがありますが，主さんのように，動作原理から実用例，構造の解説から実際に作って見るという一貫した取り上げ方は，広い興味と理解に最適だと思います。ダブっている解説をカットしたり再構成すれば，45分の授業にぴったりですね。電気関係に拘わらず，いずれ学校は要らなくなると考えていますが，既に時代は始まっているのですね。ネットとTH-camと，優れた投稿者に感謝します。今回は感電も発火もしなかったのが少し残念ですがｗｗ
ちなみに，30年近く前になりますが，仕事の取引先だった太陽誘電のCDプレス工場に見学に行ったことがあり，今では楽しい思い出です。CD-Rが１枚４～５千円していた時代ですｗ
確かに、一貫して非常に分かり易い構成で、尚且つ、自作まで有るのですから、教科書を倍に時間かけて説明しても10年後には忘れているかもしれませんが、これなら一生忘れない感じがしますね。
すごい詳しい動画ですね。勉強になりました。最近防災ラジオにリチウムイオンの代わりに搭載されているモデルがありますね。ああいうラジオは大抵保管中にバッテリーが劣化してしまいますが、スーパーキャパシタならその点は安心です。ただ使用するときだけ手回しで充電するという感じの使い方に限られるようですが。長寿命で長期保管可能という点ではすごくいいと思います。
中学生の頃に手作りラジオで、電池とコンデンサー（手回し充電）を切り替えて使える物を作りましたね
10分くらいの動画かと思ったら1時間近くあって草
ホントだ
こんな動画を無料でみられるなんて、いい時代になった。
大学の分かりやすい先生の講義のようだ。
>産業機器の瞬停対策
建設機械やマニュピレータ(工場のロボットアーム)等でモーターが動き始める時、静止摩擦係数から動摩擦係数に変わる時、最もトルクが必要で、沢山の電気を使用する。(自転車をこぎ始めの時、ペダルが重い→足の力を使用する現象と似ている。)沢山の電気を必要ということは、一定の電力をモーターに供給する回路だった場合、電力が足りず、電圧が下がる。(発電所の供給量が足りなくなり電圧が下がる現象と同じ)なので、EDLCからの電力も供給し、電圧が下がらない様にする。EDLCの内部抵抗が低い程、電力が必要な時、供給できる電流量が多い。
電気二重層はコンデンサと蓄電池の中間的存在だと聞いてはいたのですが、この動画で仕組みが良く分かりました。有難うございます
すごいや、大学や高専の授業で使える内容だし聞いてて飽きない
イチケンさんの髪型、夏らしくてカッコいいですねっ😊
二重層コンデンサー、最近の技術はよく分かりませんが、時計やメモリーなどの一時的な停電対応で、バックアップとして使われています。私の家にも時計のバックアップとして、無理やりこの二重層コンデンサーを取り付けています。でも、小型ながらさすがにエネルギーは大きいですね。一般的に0.5×C×V^2でエネルギーが出ますが、電圧を高くするために、容量は減りますが直列にすることが多く、リチウム電池の電極溶接などにも使われているようです。結構、利用価値がありそうですね。貴重な分解による構造説明は素晴らしいです。ありがとうございました。
400Fって、すごい！！
詳しい解説ありがとうごぞいます。
ラミネート型に携わっている（はずの）者です。
基本的な仕組みや他製品の仕組みについて理解しきれていない部分があったのでじっくり視聴させていただきました。
ありがとうございました。
お見事です。思わず昔持っていたFM/AMチューナーにスーパーキャパシタが組み込まれていたのを思い出しました。(正にチューニングメモリの維持用)
コンデンサ愛が止まらない
6本合算で16V333Fのキャパシタを軽自動車のバッテリーと入れ替えて使ってます。
始動性抜群だし走りもパワフルで楽しいですね。
燃費は変わりませんが(笑)
そういえばコピー機の予熱用にも使われてますし、
スロットマシンにも入ってますよね？
コンクリート埋め込み照明器具にバッテリーとして使われてました。
日中ソーラー発電して、電気二重層コンデンサに充電、夜間にLEDを点灯。
こんな素晴らしい技術無料で見ちゃっていいんですか！？
以前にホンダ車とかでアイドリングストップ時の電装品への電力供給と再始動時のセルモーター作動用でこのEDLCが使われてましたね
近年はフルハイブリッドや48Vの電装系とリチウムイオン電池を使ったマイルドハイブリッドが主流になってきたので採用されなくなったようですが
EDLCを使うとアイドリングストップ再始動での鉛バッテリーの消耗が防げますが軽自動車などではコストのためか相変わらず
鉛バッテリーで再始動していてバッテリーの寿命が短いようです
トータルではEDLCを使った方が安上がりだと思うのですがカタログに書く車両価格を下げる事の方が重要なのでしょうね
ああ、中古屋が「バッテリー＆燃費改善キャパシタ」っていって組み込み工事を宣伝していたのはこの大容量キャパシタか。
インジェクタやらセルモーターやらスパークプラグやらで瞬電状態になったり理想的でない動作をするのを防ぐのだろうことはわかったが…燃費？
動画の最後には、ご自分でEDLCを作ってしまうという、イチケンさんの凄さですね。
昔、子供の頃、電子部品・IC回路にはまって、親に頼んで、詳細電子回路・解析トランジスタ技術とかいう小難しいハードカバー本買ってもらったりしてたなぁ。そして自分でトランジスター回路君で遊んでるとき電解コンデンサ、容量超えたらどうなるんだろうと、無茶やって、爆発させて部屋の中すごいことになってしっかり起こられたの思い出す・・・当時中学生。
動画が長いので途中で眠くなったのですが終盤に「それではEDLCを自作してみます」と言われ
ファッ⁉っと一気に目が覚めました。
今回は分解のシーンにフルートのような作業テーマ曲が流れなかったので少し、さみしく感じました。
長時間り説明、お疲れ様です。
私の容量低すぎのギャグは楽しかったです。
電解コンデンサと電気二重層コンデンサは構造がほとんど変わらないのに何で耐電圧と容量が全然違うのかなと長年疑問に思っていたのですが、やっと解決できました。要はアルミ箔の不動態皮膜(絶縁膜)の有無とイオンや電子が関与する面積の差だったんですね。
中学生ながら見させてもらってます！あんま内容はわからないところも多いですがw
非常に丁寧な解説、有難う御座いました。
大変解り易かったです。
電極作成行程は往年のビデオテープ作成行程に似ていますね。40年程前、某企業で勤めていました。二十年前に某系列の物流センターに変わって工場は無くなりましたが。
動画のクオリティが高すぎる
何かと自作しちゃうのはイチケンさんの得意技ですが、EDLCのバインダーが今はあまり見かけなくなった洗濯糊で、セパレータがわら半紙とは、何という発想の豊かさでしょうか。感心しました！
次回以降でもぜひ自作技を発揮してくれる事を期待します。
電圧が低くく、耐久性を考えなければ、これでも良いんですね。
納得。
内容わかんないけど声が好き。
たしかトヨタのルマン24HVマシンの初期は24時間の急速充放電に対応するためにスーパーキャパシタを使用していましたが現在はリチウムでイオンバッテリーでも問題なくなったようです
電気多く貯められる方が有利ですからね
爆発が無いだとぉ？！
いやすごい勉強になった
特に三角形のところ
工学的なところをわかりやすく懇切丁寧に説明がされており役に立つ動画でした。この動画の最後のコメントで紹介がありました次の動画も楽しみです。
まるで専門の講義を受けているような解説動画でした。有料にしてもいいような内容でしたね。電気二重層キャパシタは、イチケンさんの説明でもありましたように、電気が多く蓄えられ、メンテナンスが不要なので産業の分野で多く使われています。かなりマイナーではありますが、明電舎でもMEICAPというブランドで、板状の電気二重層キャパシタを製造していましたね。(^^;
友人に「キャパシタ伝道師」を名乗る人が居ますが検索したらヒットしてビックリ！
昔はNESS（韓国）や指月なども大きなのを作ってましたね。
回路設計から離れて22年、リタイヤして03年経過しているので、古い情報かとは
思いますが、リチウムタンタレートコンデンサーは、今でも低周波のパスコンで
として使用されているのではないでしょうか。ところで電気二重層コンデンサは、
コイン電池採用しない回路のRTC等のバックアップ駆動用や、揮発メモリの保持
用で使用していたと記憶してますが、他業務の使用用途を知ることができました。
Very detail and extensive 説明. Ichiken San must spent much time for this video. Thank you so much, I learned a lot.
イチケンさんいつも分かりやすい解説ありがとうございます。 基礎編の充実も今後宜しくお願い致します。
ハイブリッド・レーシングスポーツカーの蓄電装置として蓄電量は少ないが高速で充放電ができる利点があるスーパーキャパシタが採用されている。
リチウムバッテリーではレースでの急加速や急減速に充放電が追いつかず充放電の繰り返しに耐えられない。
連日、暑いので無理はせずに、がんばって ほしいです。
EDLCは意外と前から使われていて昨今、EV車への採用が色々な使用方法で拡大しているようですねー。
ライフが長いのと環境負荷への影響が小さいとかメリットが多いですね。
近いうちに充電池に取って代わることは無いとは思いますが、より軽量で危険性の少ない充電池に変わる製品が出来ることが楽しみです。
電気二重層コンデンサという低電圧大容量のコンデンサができたのは聞いていた。カード型電卓が出た時、太陽電池の電圧安定化に使われているのではないかと想像していた。何年かたってカード型電卓を分解する機会があったが、電気二重層コンデンサらしきものは見当たらなかった？？？イチケンさんの動画とコメントで電気二重層コンデンサの用途を初めて知ることができた。
いつも、拝見しております。主要メーカの件、仕事でエストニアのSKELTONを検討したことがあります。ヨーロッパではそこそこのメーカで、日本では丸紅が扱っています。
いつも見てます。
EDLCは全く知らなかったので勉強になりました！
会社紹介でウチの関連会社が出てきて驚いた。
意外と近いところにつながりがあるんだなあ。
内容が濃く、かつ非常に分かりやすい貴重な動画ですね！
ありがとうございます
Mr. Ichiken, as usual, explains perfectly!
Thank you for the like 😀.
分かりやすく教えてもらってありがとうございます。
久しぶりに欲しくなっちゃいました
fF ～ uF の雑魚とは違う堂々たる F の表記、桁違いに大きな筐体・・・30年とか前の話ですが、アキバの店頭に並んでたパーツ（中古？）は風格すら漂わせていました
今はすっかり小型でスマートでさらに大容量になってますが、やっぱり夢とかロマンとか感じてしまいます。正直、使い道なんて無いんだけどな、なんか欲しいのよね
イチケンさんの話し方は、2倍速でも聞き易い。
電荷が移動する説明の時のアニメ動画を見せる時のドヤ顔が可愛いですね
いつも詳しい解説ありがとうございます。私はIGBTを多用しております。そこでIGBTティーシャツも作製して頂けるとウケつつお客様に回路の説明がしやすいです。一考よろしくお願いします。
放送大学より楽しい授業でした😆
解りやすい 解説をありがとうございました 耐圧が低く直列接続でもok でしたので 大変参考に成りいました
いつも 勉強させてもらつてます。
いつもありがとうございます。
文系なので電気はさっぱりなのですが、オーディオ関連とか車のバッテリーの補強？のキャパシタとかで勉強になります。
電気二重層、構造的に乾電池に似ているのではないか?と予測していましたが、予測の通りでした。有り難うございます。
電気二重層コンデンサの単位をFからmAhに変換してみると、リチウムイオン電池との関係がわかります。400Fなら 、111mAh.
同じサイズのLi-ion電池なら、5000mAhはとれそうなので、コンデンサメーカーも、ニーズが限定されて、苦しんでいましたね。皆で、電池には出来ない使い方を考えるのも、おもしろいと思います。車だと、パワーウインドウのモーター駆動部分に、突入電流防止で、使われてました。
So far the problem lies in the low operating voltage, although the capacity is impressive and astonishing. Until recently, it was unattainable. It remains to connect them in series to increase the supply voltage.
割と新しいデバイスですが構造や素材はシンプルなのが興味深いですね。
説明を聞く限り陽極と陰極の構造に差は無いようですが、
実際に売っているEDLCには極性があるのはどうしてなぜなのでしょうか。
模型でDCモータを使用しているのですが、集電不良で回転が不安定になるのを補うために、物理的にフライホイールを装着したりしますが、電気的に瞬断時にキャパシタから給電するということも行われます。
極性は無いがセラミックキャパシタなど小容量ではモータは回せませんので、電解キャパシタなど使いますが、その場合モータを停止してからの逆転、つまり逆極性の電圧を掛けることは出来ません。無極性キャパシタまたは有極性キャパシタを背中合わせに接続して使用することは出来ますが、大容量ではそもそも体積も大きい事はどうにもならない欠点です。
電気二重層キャパシタの大容量の特性だけでなく、構造をよく観察すれば、本来電極とセパレータにおいて極性的要素はないのでは？と思いました。メーカーに問い合わせたところ、公式見解ではないが「電荷が存在している時に、逆極性の電源に接続することは出来ない。製造後の試験で電荷が残っている場合も有る。実装時にも急激な極性反転した電圧印加できないという意味で、極性を明示しているが、『完全放電後に逆極性の電圧を掛けることが出来ないわけではない。』今後、別の構造で電極が極性を持つ製品が出現することに関して、上記の内容は保証しない」でした。
実際に、モータに並列に接続して使用して、電源断しても惰性で回転し、回転停止（完全放電）後に逆極性電圧を掛けて反転させて問題なく動作しました。
スーパーキャパシタと酸化還元のどちらも利用するハイブリッドキャパシタ(疑似容量キャパシタ)についての動画も解説してほしいです。。。2年間くらいずっと謎のままなんです。
Yes.
20:14 電気二重層の形成についての疑問です。
誘電体(絶縁体)も無いのに電子が陽イオンに結合せずナノメートルオーダーの距離で絶縁を保っていられるのは何が障壁になっているのでしょうか？
昔、某メーカーでEDLCの設計をやっていた者です。
各メーカー設計思想が違いますので、細かいコメントができないことを心苦しく思います。
当時、リード型のEDLCは、過去に起こったアルミ電解コンデンサの四級塩液漏れ問題で恐ろしくて作っていませんでした。
そのメーカーはどういう方法で解決したか分かりませんが、健闘をお祈りします。
後、自作するのであれば、予めアルミ箔を酸などで洗浄、エッチングした方がいいですよ。
よく昔、バッテリーにコンデンサ装置を付けると燃費が上がる、、様なもの売ってましたが、急な負荷変動がある時に、コンデンサから供給してオルタネーターの負担が減るからとか？
わかりやすいです。
もう少し短いと編集せずに授業で使えそう！
凄い動画ですね！
最高です。
明日からの営業活動に活かせます🙆♂️パワー半導体楽しみです👍
補助単位のつかない「ファラッド」という単位は電磁気学の演習でしか使わないものだと思っていました。
PC200にハイブリッドってコマツもそういうの好きだよなぁ
電気モーターで動くスイベルの操作性は油圧対して変わらんのかなぁ？
ぜひ一回動かしてみたいしエンジンルーム内・発電機がとても気になる
エッチングする会社に勤めていた時に何故高容量の陰極箔を製造しないのか不思議に思っていました・・・・
ELDCも今後の技術開発も有るので、まだアルミ箔加工衰退は心配無いかもですが、中国の低価格品も年々性能向上しているので、国内メーカーに頑張って頂きたいと思いながら拝見出来ました
アルミ電解コンデンサの真の陰極は電解液だから、そんなにエッチングをかける必要はありません。
昔、ホンダの試作EVにニッケル水素電池とキャパシタを組み合わせたヤツが有った。
CGTVで紹介してたけど、回生ブレーキとアクセルレスポンスの改善の為に積んでたと言ってた希ガス。
ATX電源だとか大電流を
取扱う所によく見られますね
ところで構造を見れば分かりますが
アレニウスの法則に沿って
劣化が進むと言われますが
ゴムキャップの劣化や封止不良
などで計算上より早く壊れる
事が1980年〜08年位の
コンデンサには多いですよねー
今も大陸製は酷いですけどw
自作パートは初代アイアンマンの洞窟での作業シーンを彷彿とさせる
コンデンサと言えば、職場で大型のオイルコンデンサを短絡させた人が居たのですが
隣の部屋でしたが、ものすごい音と衝撃でした。
建物に大型の車でもぶつかったのかと。
本人はイヤーマフをしていて、あまり気にならなかったとか。ほんとう？
とても詳しく分かりやすい説明でした。
少しマニアックなリクエストですが、最近のリチウムイオン電池の新技術として注目されている乾式電極についての解説が見たいです。
今回はコント無いのかな～と思ってたらまさかイチケンさんもうひとり出てきてびっくり！
双子だったのですねwww
電気二重層コンデンサは使ったことあるけど原理までは知らず、とても勉強になりました。ありがとうございます。
電動機とパワエレ楽しみにしています。
Yes, that would be great.
人工衛星の電池は使用済み核燃料をスラリー状にして半導体シートと組み合わせて鉛やタングステン缶に収納しているかもしれませんね。NDB（ダイヤモンド電池）が期待されています。
I believe that spent nuclear fuel is too dangerous to use anywhere, although the temptation is great! Any significant failure in it will cause contamination, whether it be in the orbit of the Earth or directly our Planet. The search for a good battery/capacitor must continue, but safety considerations must come first. There are two possibilities, either the nuclear cell will fall to the Earth, or it will be directed into space together with the satellite. However, I bet on the first possibility due to the shortage of fuel or its lack! I cordially greet you.
グラフェンを使ったスーパーキャパシタでニッケル水素並みの容量を達成したものがあると聞きましたが、詳しく解説してもらえると嬉しいです。
スーパーキャパシタ (EDLC)はよく小中学生の理科の実験で使われますね。 教育用途に
10個くらい直列にしてもいいものなんでしょうか?
MLCCの解説もお願いします！
サイボーグ009の加速装置はEDLCなんだ❗今頃解った❗👏👏👏😆
自分的にタイムリーなEDLCネタありがとうございます。電解液の改質がポイントだとJTEKTのEDLC部門の方もおっしゃってました。
小松パワーショベルだけではなく電動フォークリフトにも使われていると思います。
ラズパイをバッテリー切れ時に安全にシャットダウンさせる基盤についてるアレはこういうものなのか。為になった。
真空管回路で電解コンデンサの耐圧を稼ぐために直列にするとき、漏れ電流によるアンバランスを防ぐために抵抗を並列に抱かせるのですが、EDLCはそういったことをしないで気にせずどんどん直列にしていって問題ないんですか？
フラッシュメモリの量子力学的解説が見てみたいです
cx5にもスーパーキャパシタが使われていたな。
発進時にエンジン補助して燃費貢献しているとか。
Thanks!
まんま専門職の講義でビックリしましたｗ
ご存知でしょうが四国電力から関西電力へ売電しておりますが、徳島火力発電所から和歌山県の関西電力の変電所へ海底ケーブルで送電てますが、直流に変換して、直流で和歌山へ送電してます、直流送電は珍しいかとおもいまして、なお徳島から淡路島へは本四連絡橋に添加され高圧交流のまま送電しています。
Wow, so good explanations.
分かりやすいです｡
33:47紙パックの麦茶なんて初めて見た
いつかブレイクスルーで限界を突破できた時
世の多くの蓄電池を置き換えられる夢のデバイスです
時間軸が大きな差よ
我々は周波数特性という概念だけど電池は充電時間
もし30秒でフル充電できて一週間動くスマホが出てきたらそれはバッテリーレスだ
数秒電源いれるだけで数日SRAMを駆動できたスーパーキャパシターの感動は
今も忘れない
だいぶ前の動画で振ると液体の音がするスーパーキャパシターがあったのを思い出したが、あの中身が気になる
スーパーキャパしたの有名メーカーですが
IOXIOSってとこもありますよ
滋賀に工場もありますがアメリカの会社ですね
メーカー名ありがとうございます。
44:59 クッソ気まずそうにTMEICマンの紹介すんの草
最後でEDLCを作ってしまったところで、まさしく”口あんぐり”となりました。