第5回：キャパシタ･コンデンサって何？～電池と何が違うの？～

コラム違いがわかる電池の話

前回・前々回は、代表的な電池について解説しましたが、
今回は、電池とは違う方法で電気を貯めたり出したりする「キャパシタ・コンデンサ」について解説します。

コンデンサとは

コンデンサは電池と同じく、電気を貯め、貯めた電気を出す機能を持っています。多くの電子機器に組み込まれており、アルミ電解コンデンサやセラミックコンデンサなど、様々な種類が存在します。

電池は電気エネルギーを化学エネルギーへ変換して保存し、化学反応で電気エネルギーに戻している一方で、コンデンサは電子で電気を直接貯めている点が異なります。
具体的には、2枚の電極(金属板)の間に誘電体をはさんだ状態で、2枚の電極に直流電圧(V)を加えると、片方の電極に電子が集まりマイナスに、もう片方の電極はプラスに帯電します。
誘電体の種類（セラミックス等）によって、蓄えられる電気量が変わります。

図｜コンデンサの基本構造

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コンデンサが蓄えられる電気の量を静電容量と呼びます。

充放電時は電子が移動するだけのため、電池と比べると充放電スピードが速く、電池サイズに対して大きな電流を流すことが得意な一方、電子で電気を電極表面に貯めるため、蓄えられる電気量は少ないという性質があります。

キャパシタとは

次に「キャパシタ」ですが、キャパシタは電池と比べて容量は小さいものの、電極表面へのイオン吸着反応を応用して、容量増加を達成しています。
明確な定義はないようですが、一般的に電気的挙動がコンデンサライクで容量が大きいものをキャパシタと呼ぶことが多いようです。

コンデンサという名称は、イタリア語で蓄電池を意味する単語から由来しています。
なお、英語ではコンデンサをキャパシタ（capacitor）と記載しますが、大容量のキャパシタはスーパーキャパシタ（super capacitor）、またはウルトラキャパシタ（ultra capacitor）など、日本でいうコンデンサと区別して様々な呼び方があるようです。

容量の差がどれくらいあるのかですが、コンデンサの容量に用いられる単位は、μF（マイクロファラッド）やpF（ピコファラッド）に対し、キャパシタではF（ファラッド）と、その容量にはかなりの差があります。

容量のイメージ：コンデンサ　＜＜　1F　＜＜　キャパシタ

　＊上記はあくまでも著者見解です。

電気二重層キャパシタとは

次に、代表的なキャパシタとして、電気二重層キャパシタ（EDLC）、リチウムイオンキャパシタをご紹介します。

電気二重層キャパシタとは、英語表記するとElectric Double Layer Capacitorと書き、その略称で「EDLC」と呼ばれます（以降、EDLCと記載）。EDLCは正極・負極に活性炭を用い、静電気的反応で電解質イオンを吸着・脱着します。

活性炭は電極材料の中では比表面積が大きく、電極に用いることで多くの電気を蓄えることができます。
充放電スピードが早く、劣化しにくい点に加え、従来のコンデンサよりも大容量を実現したため、バックアップ電源や回生用補助電源など、産業用途を中心に活用が広まりました。

図｜電気二重層キャパシタの基本構造

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リチウムイオンキャパシタとは

リチウムイオンキャパシタは、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よって、キャパシタの特長である充放電スピードの速さや劣化しにくいといった長所に加え、エネルギー密度の大幅な向上と自己放電の低減を実現したキャパシタです。
材料構成的に発火事故が起きにくく、安全性の高いデバイスといえ、新たな蓄電池として幅広い活用が期待されています。

図｜リチウムイオンキャパシタの
基本構造

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