電気二重層コンデンサ（でんきにじゅうそうコンデンサ、英: electric double-layer capacitor、EDLC）は、電気二重層という物理現象を利用することで蓄電量が著しく高められたコンデンサ（キャパシタ）であり、電気化学キャパシタ（英: electrochemical capacitor）の一種である。20世紀末から電気二重層キャパシタの開発が始まり、いくつかの分野で使用が始まっている。今後さらに性能向上すれば二次電池を代替する可能性があるとされたが[1]、近年急速に普及している全固体電池に大容量コンデンサの需要を奪われている。

電気二重層キャパシタは陽極と陰極の2つの電極を持つが、この2つが二重層という名前の元となったわけではなく、両極それぞれの表面付近で起こる物理現象である「電気二重層」が元となっている。電気二重層コンデンサは俗にウルトラ・キャパシタ（英: ultracapacitor）やスーパー・キャパシタ（英: supercapacitor）とも呼ばれることもある[2][3]。
特徴二次電池との比較
1.電気二重層キャパシタ
2.二次電池
（V:電圧 Q:電荷 E:エネルギー）
放電する場合、上の電気二重層キャパシタは一直線に電圧が下がるので利用できるエネルギーは図の面積のように三角形になるが、下の二次電池では利用可能なエネルギーは四角形に近いものとなる。

電池に比べて内部抵抗が低く短時間で充放電が行なえる(ただし他コンデンサに比べると圧倒的に劣る)

充放電による劣化が少ないので製品寿命が非常に長い

耐電圧が低い

コンデンサであるため、電池に比べ自己放電によって時間と共に失われる電気(リーク電流)が比較的多い

コンデンサであるため、電池と違い充放電時に電圧が直線的に変化する

電池に比べると一般的には高価である

二次電池と異なり電極での化学反応によって電気エネルギーを蓄えるのではなく、イオン分子が電荷を蓄えるため、充放電による劣化は少なく、耐電圧付近での電極の劣化や電解質のイオン分子の劣化が長期的には少し存在するだけで、10万 - 100万回程度の充放電サイクルが可能だと考えられている。また、耐電圧が低く、充電できる電圧は最高でも3V程度となるため、高電圧が必要なら直列接続が必要となる。充放電サイクルで並列接続と直列接続を繰り返すと二次電池のメモリ効果のように充電可能な容量が減るので、適時に完全放電が必要になる。

キャパシタ（コンデンサ）なので、自己放電によって時間と共に電荷が失われ、化学反応で電気を蓄える二次電池と比べると蓄電できる時間は短い。一方、化学反応を必要としないため充電と放電の反応が早く、内部抵抗も少ないために、大電流での充放電が行なえる。化学反応ではないので、充放電の電圧は一定ではなく、0Vから2Vや2.5Vまでの範囲で直線的に変化する。

2008年現在の高性能電池であるリチウムイオン電池のエネルギー密度、100 - 500Wh/Lと比べれば、電気二重層コンデンサは2 - 10Wh/L程度で数十倍の能力差がある。リチウムイオン二次電池の技術を取り入れたリチウムイオンキャパシタはエネルギー密度が10-30Wh/L程度である[4]。

レアメタルのように将来コスト高となる可能性がある素材の使用は求められていないが、電極の加工に手間がかかって高価格となっている[2][3]。
歴史

1879年にドイツ人のヘルムホルツ（1821年 - 1894年）が、電解液中に導体を漬けると導体の界面に分子1層分の薄い層が生じ、その外に拡散層が生ずる、「電気二重層」の現象を発見した[2]。

1970年代後半に日本の電子部品メーカーが、従来の電解コンデンサに対し、容量で1000倍に相当する高性能な新製品として電気二重層コンデンサの販売を開始した[3]。
原理
電気二重層詳細は「電気二重層」を参照
電子部品としての原理

電気二重層コンデンサは正極と負極の両極それぞれで電気二重層によるコンデンサを形成するために、その内部は2つのコンデンサが直列接続されたのと等価になっている。外部から電圧が加えられると、電解質中の陽イオンと陰イオンが2つの電極との表面で分子1層分の厚みの狭い領域で電気二重層を構成して電荷が蓄積され、電流が流れる。蓄電能力を左右する蓄積可能な電荷量は、外部からの電流量と電解質中のイオン量、イオンを吸着することで電荷を蓄える電極の表面積で決定される[3]。
種類
溶媒別

電解質の溶媒に何を使うかで2種類に分かれる。

水

高分子化合物[2]

形状別

積層形状で2種類に分かれる。

円筒型

箱型


円筒型電気二重層キャパシタ（内部略図）
1.端子 2.安全弁 3.端子板 4.容器 5.正極 6.セパレータ 7.分極性電極 8.集電極 9.分極性電極 10.負極

箱型電気二重層キャパシタ（内部略図）
1.集電極つき分極性電極（正極） 2.集電極つき分極性電極（負極） 3.セパレータ

長い積層シートを円筒型に丸めたものは、主要部品が1組で済むため量産時の生産効率が高く出来るが、容積当りのエネルギー密度が劣る。箱型では多数の四角い積層シートを重ね合わせるために生産時の工程が増えるが、容積当りのエネルギー密度は高く出来る。円筒型のものは接続端子が少ないので箱型より内部での接続抵抗が増える[2]。
構造
内部構造1.充電器（電流源） 2.集電極 3.分極性電極 4.電気二重層 5.電解液 6.セパレータ1.集電極 2.電解液 3.活性炭 4.セパレータ
電極部

電極部分は分極性電極とバインダー、導電助剤、集電極より構成される。2008年現在の製品では静電容量の拡大のために活性炭を分極性電極に使用している。テフロンのようなフッ素を含む高分子化合物かまたは、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物で活性炭がバラバラにならないように結着するバインダーも5-20%程度配合する。カーボンブラックや一部のものはカーボンナノチューブのような黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として10%を上限に配合する。集電用の電極（集電極）としてはアルミ箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したものを使用し、分極性電極とバインダー、導電助剤の混合物を集電極の表面に塗付する。集電極に塗付して定着させる方法には、混合物を塗りプレス圧力を加える乾式と、混合物を溶剤に溶かしてペースト状のものを塗付して加熱し定着させる湿式がある。
電解液部

電解液は陽イオンと陰イオン、溶媒から構成される。

陽イオン（カチオン）はテトラエチルアンモニウム塩が用いられることが多い。陰イオン（アニオン）は四フッ化ホウ酸イオン（BF4-）やビストリフルオロメチルスルホニルイミド（(CF3SO2)2N-）も用いられる。高分子化合物を使う溶媒にはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネートが用いられる。溶媒が液体では漏れに対するリスクが軽減できるため、高分子ポリマーと有機可塑剤を溶媒に加えてゲル化する工夫も研究されている。ゲル化がうまく調整できればセパレータが省ける可能性がある。溶媒を用いずに液体のままの電解質であるエチルメチルイミダゾールカチオンと四フッ化ホウ酸イオン（BF4-）のような液体イオンも有望視されている。

2007年時点での最大性能は有機系電解液で200F/g以下、水系電解液で300F/g以下である[3]。
特性
充電時の特性

電気二重層コンデンサは電流電源によって充電されることが望まれる。通常の二次電池のように定電圧電源によって充電されると充電効率が上がらないか、電圧が0V付近では負荷が短絡と同じようになって保護回路が働くこともありえる。