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 トップページ電気と磁気の?(はてな)館 > No.6 ハイブリッド車などにも利用される電気二重層キャパシタ
電気と磁気の?(はてな)館

ハイブリッド車などにも利用される電気二重層キャパシタ

さまざまな応用への期待がふくらむ電気二重層キャパシタ
 木炭とアルミ箔、食塩水だけで簡単な電池がつくれます(下図D)。これは木炭電池と呼ばれ、理科実験としておなじみのもの。おもちゃなどに使われる小型DCモータを回すくらいのパワーは得られます。こんな簡単な材料で電池が実現するのは、木炭の表面に無数の小さな孔があり、実質的な表面積がきわめて大きいことによるもの。冷蔵庫の脱臭剤などに使われるのも、表面積が大きいため、吸着能力に著しくすぐれるからです。ありふれた素材ながら木炭はなかなか不思議な能力を秘めているのです。
 現在、EV(電気自動車)やHEV(ハイブリッド車)、FCEV(燃料電池車)といったモータ駆動の新世代カーの補助電源として、電気二重層キャパシタ(EDLC、下図E)と呼ばれるエネルギー貯蔵デバイスの利用が進められていますが、その電極にも活性炭が活躍しています(キャパシタとはコンデンサの別名)。
 一般に異なる物質を接触させると、電荷の移動により電気二重層と呼ばれる界面が生じて安定します。この現象を利用したのが電気二重層キャパシタで、すきまを隔てて置かれた1対の活性炭の電極を電解液で浸した構造となっています。この電極に電圧を加えると電解液のイオンが移動して、プラス側の電極にはマイナスイオン、マイナス側の電極にはプラスイオンがびっしりと並び、それに応じて電極には正電荷と負電荷が誘導され、電気二重層を形成します。こうして充電したのち、回路につなぐと蓄えられた電荷が放電されます。これはコンデンサの放電原理と同じです。
 コンデンサは電極の面積が広いほど、また電極間距離が狭いほど、静電容量が大きくなり、より多くの電荷を蓄えられます。活性炭には無数の小さな孔があり実質的な表面積はきわめて大きく、かつ電気二重層はきわめて薄い層なので、一般的なアルミ電解コンデンサ(μFオーダー)の100万倍以上(Fオーダー)もの静電容量をもたすことができます。しかも二次電池のように電気化学反応を利用するわけでもないので、充放電をいくら繰り返しても物質劣化がなく、鉛のような重金属を使わないので環境にもやさしいというメリットももっています。
 電気二重層キャパシタは、EVやHEV、FCEVの補助電源ばかりでなく、携帯電話やノートパソコンといったモバイル機器のメモリバックアップ電源、FAXやコピー機などのウォームアップ電源、UPS(無停電電源システム)、太陽電池パネルで発電した電力の貯蔵用など、広範な用途への応用展開が可能。原理も構造もシンプルながら、これから大きな期待が寄せられるエネルギー貯蔵デバイスです。

図D 木炭電池の実験


図E 電気二重層キャパシタ(EDLC)の基本原理

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