本書では大容量キャパシタとして電気二重層キャパシタとリチウムイオンキャパシタに焦点を当てる。
電気二重層キャパシタ(EDLC)は、充電時には活性炭電極表面に電解液中のイオンを物理的に吸着させ、放電時には電解液中のイオンが脱着する電気二重層を利用した化学反応を伴わない蓄電装置である。急速充放電が可能で長寿命であり、瞬時に大電流が必要な機器のパワーアシスト、エネルギー回生に適している。
リチウムイオンキャパシタ(LIC)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構造になっており、正極が電気二重層を形成し物理的な作用で充放電するのに対し、負極はリチウムの酸化還元反応によって充放電するキャパシタである。長寿命、高出力密度、高エネルギー密度、高電圧といった特性を有しており、急速充放電、エネルギー回生、パワーアシスト、電力負荷平準化などに適している。
これら大容量キャパシタは、携帯機器などのメモリーバックアップ、風力発電・太陽光発電などの再生可能エネルギー関連機器、瞬時電圧低下補償装置・建設機械などの産業機器、事務機器、自動車など多くの分野で採用が増えている。また近年、EDLC が自動車用アイドリングストップシステム(ISS)向けに採用されるなど、需要が高まっている。今後も市場拡大は続くと予測されており、その動きに合わせて設備投資を行い、生産能力の増強を図るキャパシタメーカーも増えている。
このように本格的な市場拡大期を迎えた大容量キャパシタの開発・市場動向を分かりやすくまとめた書籍を発行したいと考え、本書を企画した。
【開発編】では、大容量キャパシタの国内外の開発・生産動向、LICや次世代型キャパシタの開発、電極材やイオン液体を使用した電解液など構成部材の開発、EDLCやLICの自動車や産業機器、複写機への応用など大容量キャパシタ開発のおさえておくべき主要テーマの解説を、開発の最前線で活躍されている専門家の方々にお願いした。
【市場編】では、EDLCとLICについて国内外の市場概況やタイプ別の市場予測・シェアなどを分析。大容量キャパシタが使われる用途別市場の動向と展望についても詳細に調べている。また構成部材の国内外の動向・市場予測、材料メーカーやキャパシタメーカーの動向に関して、独自取材に基づいた最新の情報を掲載している。
本書は図表を数多く取り入れ、大容量キャパシタの開発・市場動向を分かりやすく解説している。大容量キャパシタに関心をお持ちの方々の情報収集の一助となれば幸いである。
2014年7月
シーエムシー出版 編集部
【開発編】
第1章 大容量キャパシタの開発動向と市場 (西野敦)
1 概要
2 EDLCの特徴と世界の生産動向
2.1 EDLCの特徴
2.2 EDLCの世界の生産動向
3 EDLCの低抵抗化要素技術
3.1 低抵抗電極の必然性の概要とその代表的な要素技術
3.2 低抵抗化の電極構成方法と必要材料
3.3 セパレータの新構成方法と新材料
3.4 低抵抗の新電極製法と乾燥方法
3.5 安全弁
4 回生制動の応用動向と待機電力の省エネ化動向
5 展望
第2章 次世代キャパシタ:ナノハイブリッドキャパシタの開発 (爪田覚、石本修一)
1 はじめに
2 ナノハイブリッドキャパシタ用負極材料(nc-LTO/CNF)の開発
3 ナノハイブリッドキャパシタの構成と特徴
4 ナノハイブリッドキャパシタの性能
4.1 放電カーブ
4.2 レート特性
4.3 低温特性
4.4 信頼性試験
4.5 安全性試験
5 おわりに
第3章 瞬発キャパシタおよび複合型リチウムイオンキャパシタの開発 (光田憲朗)
1 はじめに
2 瞬発キャパシタの開発
3 複合型リチウムイオンキャパシタの開発
4 おわりに
第4章 リチウムイオンキャパシタの開発 (丸茂千郷)
1 はじめに
2 リチウムイオンキャパシタの構成と作動原理
3 リチウムイオンキャパシタの特性向上と多様化
3.1 低抵抗ラミネート形セルの開発
3.2 角形セルの開発
4 リチウムイオンキャパシタの安全性と輸送規則
5 リチウムイオンキャパシタの実用化の進展
6 今後の展望
第5章 電気二重層キャパシタ, リチウムイオンキャパシタ用材料 (佐久間充康)
1 はじめに
2 EDLC用特殊活性炭「A-BAC PW」
2.1 A-BAC PWの物性
2.2 A-BAC PWの製造方法
2.2.1 原料
2.2.2 前処理工程
2.2.3 賦活工程
2.2.4 後処理工程
2.3 まとめ
3 難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)
3.1 石油ピッチ系ハードカーボン「カーボトロンP」
3.2 植物系ハードカーボン「バイオカーボトロン」
4 電極用PVDF系バインダーKFポリマー
4.1 電極用バインダーとは
4.2 PVDF系バインダーの特徴
4.3 まとめ
5 おわりに
第6章 イミダゾリウム塩(イオン液体)を使用した電気二重層キャパシタ用電解液 (清家英雄)
1 はじめに
2 電解質について
3 溶媒について
4 イミダゾリウム塩の特徴
4.1 酸化還元電位
4.2 発生したアルカリを低減
5 イミダゾリウム塩を使用した電解液のキャパシタ評価結果
5.1 抵抗,容量の温度依存性
5.2 容量の電流依存性
5.3 耐久性試験
6 イオン液体としてのイミダゾリウム塩
7 安価な4級アンモニウム塩
8 おわりに
第7章 イオン液体を電解液とする電気化学キャパシタ (江頭港)
1 はじめに
2 イオン液体の電気化学キャパシタへの適用に関する研究動向
3 電極表面に吸着したレドックス種を用いる電気化学キャパシタ
4 まとめ
第8章 小型電気自動車へのリチウムイオンキャパシタの応用 (勝部恭行)
1 はじめに
2 リチウムイオンキャパシタの特長
3 リチウムイオンキャパシタモジュールについて
4 小型電気自動車の走行特性について
4.1 リチウムイオンキャパシタ単独使用の走行特性について
4.2 リチウムイオンキャパシタ, 鉛電池併用の走行特性について
4.3 リチウムイオンキャパシタ, 発電機併用の走行特性について
4.4 リチウムイオンキャパシタ搭載電気自動車の長期試験について
5 おわりに
第9章 電気二重層キャパシタを用いた減速エネルギー回生システム「i-ELOOP」 (高橋正好)
1 要約
2 はじめに
3 システム説明
3.1 主要機能説明&レイアウト
3.2 “i-ELOOP”システムのブレークスルー技術
3.3 機能別システム説明
3.4 燃費改善目標と個別部品スペックの決定について
4 デバイス仕様と効果
4.1 “i-ELOOP”キャパシタ容量決定と効果
4.2 車両消費電流について
5 “i-ELOOP”用EDLCの仕様について
5.1 要求仕様
6 キャパシタ選定理由
6.1 性能要求からの選定理由
7 電気二重層キャパシタ(EDLC)について
7.1 EDLCの原理と構造
7.2 活性炭について
8 キャパシタ信頼性
8.1 基本特性
8.2 劣化特性
9 “i-ELOOP”のエネルギー表示について
10 マイクロハイブリッド呼称の解釈
11 まとめ
第10章 電気二重層キャパシタの産業機器への応用 (牧田茂之)
1 はじめに
2 電気二重層キャパシタの特長
3 産業機器への展開
3.1 瞬低補償
3.2 ピーク電力アシスト
3.3 回生電力蓄電と力行アシスト
3.4 非常用電源, 駆動電源
4 低抵抗化の実現
5 まとめ
第11章 電気二重層キャパシタの複写機への応用と展開 (岸和人)
1 はじめに
2 複写機とそのしくみ
2.1 複写機市場
2.2 複写機のしくみ
3 複写機における省エネの要求
3.1 複写機に対する省エネの要求
3.2 待機電力削減と省エネ
4 電力アシストの構成
4.1 電力補助による省エネ
4.2 補助電力を利用する構成
4.3 電気二重層キャパシタ
4.4 「ヒータ補助給電方式」と「システム補助給電方式」
5 補助電力の利用
5.1 給電動作
5.2 使い方①:印刷時の給電と温度低下防止
5.3 使い方②:昇温時の給電と時間短縮
6 複写機用途における蓄電池と電気二重層キャパシタ
6.1 複写機用途の蓄電池選択とキャパシタ
6.2 複写機用キャパシタの耐久特性と評価
7 商品:キャパシタ搭載複写機
【市場編】
第1章 大容量キャパシタ市場の動向
1 電気二重層キャパシタ市場概要
1.1 電気二重層キャパシタの概要と種類
1.2 電気二重層キャパシタの市場概況と動向
1.2.1 世界市場
1.2.2 国内市場
1.3 タイプ別電気二重層キャパシタ
1.4 タイプ別電気二重層キャパシタの市場予測・シェア
1.4.1 小型積層型電気二重層キャパシタ
1.4.2 大型積層型電気二重層キャパシタ
1.4.3 小型円筒型電気二重層キャパシタ
1.4.4 大型円筒型電気二重層キャパシタ
1.5 容量別電気二重層キャパシタ出荷数量・金額推移・予測
1.6 用途別電気二重層キャパシタ世界市場予測
2 リチウムイオンキャパシタの市場概況と動向
2.1 リチウムイオンキャパシタの概要と種類
2.2 リチウムイオンキャパシタの市場概況と動向
第2章 用途別市場の動向と展望
1 スマートフォン市場の動向と展望
2 タブレット端末市場の動向と展望
3 携帯電話市場の動向と展望
4 ノートパソコン市場の動向と展望
5 デスクトップパソコン市場の動向と展望
6 デジタルカメラ市場の動向と展望
7 複写機・複合機市場の動向と展望
8 環境対応車市場の動向と展望
9 フォークリフト市場の動向と展望
10 産業用ロボット市場の動向と展望
11 無停電電源・瞬低補償装置市場の動向と展望
12 再生可能エネルギー市場の動向と展望(太陽光発電・風力発電)
第3章 材料市場の動向と展望
1 材料の動向と展望
1.1 構成材料の動向と実態
1.1.1 電極
1.1.2 電解液
1.1.3 セパレータ
1.1.4 集電体
1.2 材料世界市場予測
2 材料メーカー出荷金額予測
2.1 電極メーカーの需要予測
2.2 電解液メーカーの需要予測
2.3 セパレータメーカーの需要予測
3 電極メーカーの動向
3.1 エア・ウォーター
3.2 MCエバテック
3.3 クラレケミカル
3.4 昭和電工
3.5 日本バルカー工業
3.6 日立造船
3.7 クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン
3.8 大阪ガスケミカル
4 電解液メーカーの動向
4.1 広栄化学工業
4.2 三洋化成工業
4.3 東洋合成工業
4.4 日本カーリット
4.5 ダイキン工業
5 セパレータメーカーの動向
5.1 デュポン帝人アドバンスドペーパー
5.2 ニッポン高度紙工業
5.3 日本板硝子
5.4 日本ゴア
第4章 キャパシタ関連メーカーの動向
1 電気二重層キャパシタメーカーの動向
1.1 NECトーキン
1.1.1 概要
1.1.2 特徴
1.1.3 用途
1.1.4 大容量電気二重層キャパシタ
1.1.5 研究・生産体制
1.2 エルナー
1.2.1 概要
1.2.2 用途
1.2.3 製品・生産体制
1.3 岡谷電機産業(TOCキャパシタ)
1.3.1 概要
1.3.2 用途・製品
1.4 指月電機製作所
1.4.1 概要
1.4.2 製品
1.4.3 生産・開発体制
1.5 セイコーインスツル
1.5.1 概要
1.5.2 製品・生産
1.6 ニチコン
1.6.1 概要
1.6.2 製品
1.6.3 装置
1.7 日清紡ホールディングス
1.7.1 概要
1.7.2 製品
1.8 日本ケミコン
1.8.1 概要
1.8.2 製品
1.8.3 用途
1.8.4 生産
1.8.5 売上
1.9 パナソニック AIS社
1.9.1 概要
1.9.2 製品・生産
1.10 明電舎
1.10.1 概要
1.10.2 製品
1.10.3 電気二重層キャパシタ応用システム
1.10.4 研究開発
1.11 ルビコン
1.11.1 概要
1.11.2 製品
1.12 ローム
1.12.1 概要
1.12.2 製品
1.13 村田製作所
1.13.1 概要
1.13.2 製品・生産
1.14 アイオクサスジャパン(旧パワーシステム)
1.15 その他の開発動向
1.15.1 豊橋技術科学大学・東海カーボン・湘南合成
1.15.2 佐藤工務所・松江工業高等専門学校・島根県産業技術センター
2 リチウムイオンキャパシタメーカーの動向
2.1 旭化成FDKエナジーデバイス
2.1.1 概要
2.1.2 製品・生産
2.1.3 応用事例
2.2 アドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズ
2.2.1 概要
2.2.2 製品
2.3 NECトーキン
2.3.1 概要
2.3.2 製品
2.4 JMエナジー
2.4.1 概要
2.4.2 製品
2.4.3 用途
2.5 新神戸電機
2.5.1 概要
2.5.2 製品
2.6 太陽誘電エナジーデバイス
2.6.1 概要
2.6.2 製品・生産
2.6.3 価格
2.7 日本ケミコン
2.7.1 概要
2.7.2 製品
2.8 エルナー
2.8.1 概要
2.8.2 製品
2.9 その他の開発動向
2.9.1 三菱電機
