ウルトラの突撃

1995 年に小さな艦隊が革新的な電気バスの数台が、モスクワ北端の公園を通る15分のルートで運行を開始した。 10年後、アジアでは数十台の港湾クレーンが、ヨーロッパでは数台のライトレール列車が、そして米国ではゴミ収集車大隊がハイテクの仲間入りを果たした。

少量の大量輸送車両や産業機械は、弱々しい革命のように見えるかもしれませんが、革命的です。 ほとんどの電気関連車両とは異なり、これらの車両はすべて、バッテリーで動作しないという 1 つの重要な特性を共有しています。 代わりに、電気工学の実績ある主力製品であるコンデンサの改良版であるウルトラコンデンサによって電力が供給されます。

ウルトラキャパシタのバンクが爆発的なエネルギーを放出し、クレーンが荷物を高く持ち上げるのを助けます。 その後、降下中に放出されたエネルギーを捕らえて再充電します。 この装置を搭載したバス、路面電車、ゴミ収集車はすべて、停止する前に短時間走行します。ブレーキをかけているときにウルトラキャパシタが通常は無駄になるエネルギーを部分的に再充電し、車両が目的地に到達するために必要な電力を多く供給します。次の目的地。

化学反応が関与しないため、スーパーキャパシタや二重層キャパシタとしても知られるウルトラキャパシタは、化学電池よりも迅速な再生エネルギー貯蔵においてはるかに効果的です。 さらに、充電式バッテリーは通常、数千回の充放電サイクル以内に劣化します。 ライトレール車両は 1 年に 300,000 回もの充電サイクルを繰り返す可能性があり、これはバッテリーが処理できる量をはるかに超えています。 (この問題を回避するにはフライホイール エネルギー貯蔵システムを使用できますが、エネルギーを伝達するには重くて複雑な伝達システムが必要です。)

電池とキャパシタ（電気工学の最も頑丈で最も古い 2 つのコンポーネント）の相乗効果は成長しており、ウルトラキャパシタは、近い将来、現在の電池と同じくらい携帯用電気に不可欠になるかもしれません。

ウルトラキャパシタはすでにあちこちに普及しています。 その数百万個は、マイクロコンピュータや携帯電話で使用されるメモリのバックアップ電源を提供します。 また、バッテリーを含む多数の消費者製品に短時間のエネルギーを供給します。 たとえば、カメラでは、ウルトラキャパシタが、クローズアップのためのズームインなど、電力を大量に消費する機能に活力を与え、バッテリー寿命を延ばすことができます。

おそらく最も興味深いのは、ウルトラキャパシタが電気自動車に何ができるかということでしょう。 ハイブリッド車のバッテリーの代替品として研究されています。 通常の車では、加速時に電力を供給し、ブレーキ時にエネルギーを回収することで、バッテリーの負荷を平準化するのに役立ちます。 バッテリーの寿命にとって最も致命的なのは、バッテリーが高電流パルスにさらされ、急速に充電または放電された瞬間です。 都合の良いことに、短期間のイベント中に電力を供給または受け入れるのは、ウルトラキャパシタの最強のスーツです。 また、コンデンサはマイナス 40 度の低温でも良好に機能するため、バッテリーが最悪の状態となる寒冷地でも電気自動車の駆動力を高めることができます。

市販のウルトラキャパシタはすでにこれらのニーズにある程度対応しており、同じ重量またはサイズのバッテリーの何倍もの電力を供給できます。 しかし、保持できるエネルギーの量という点では、ウルトラキャパシタははるかに遅れています。 主な違いは、電池は材料の大部分にエネルギーを蓄積するのに対し、コンデンサはすべての形式で材料の表面にのみエネルギーを蓄積することです。 バッテリーと同様に、ウルトラキャパシタにはイオン溶液 (電解質) が充填されており、その集電体が電極に取り付けられ、電極間で電流を伝導します。 コレクタは、通常のコンデンサよりも表面積が桁違いに大きい活性炭の薄膜でコーティングされています。 ウルトラキャパシターの設計における表面積の量は、これまで活性炭の多孔性の制限によって制限されてきました。