キャパシタ コンデンサ 違いと電気二重層の仕組み

キャパシタとコンデンサの違い

キャパシタとコンデンサは基本的に同じ部品

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キャパシタとコンデンサは、どちらも英語表記では「Capacitor（キャパシター）」であり、本来は同じ意味で用いられてきました。日本では、この英語を「キャパシタ」もしくは「コンデンサ」と呼び、電気を蓄えたり放出したりする電子部品を指します。
参考）キャパシタとコンデンサの違い
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両者の違いは、厳密な定義というよりも、容量の大きさによって呼び分ける風潮が生まれたことにあります。従来の積層セラミックコンデンサやアルミ電解コンデンサといった小容量のものを「コンデンサ」と呼び、電気二重層容量を利用した大容量のものを「キャパシタ」と呼ぶケースが増えています。
参考）第5回：キャパシタ・コンデンサって何？ ～電池と何が違うの？…
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キャパシタの容量は圧倒的に大きい

コンデンサが扱う静電容量は、電子回路では非常に小さく、マイクロファラッド（μF）やピコファラッド（pF）といった単位が用いられます。一方、電気二重層キャパシタ（EDLC）の静電容量は、数十ファラッド（F）以上にも達し、一般のコンデンサとは大きくかけ離れています。
参考）https://jp.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/electric-double-layer-capacitors-guide
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この容量の違いは、蓄電の仕組みの違いに起因します。通常のコンデンサは、2枚の電極の間に誘電体を挟んだ構造で、電極表面に電子を貯めることで蓄電します。これに対し、キャパシタは電気二重層という現象を利用しており、電極と電解液の界面で極めて短い距離を隔てて電荷が配向することで、物理的に電荷を貯えます。
参考）電気二重層キャパシタの構造｜日本ケミコン株式会社
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キャパシタとコンデンサの用途の違い

小容量のコンデンサは、電子回路や電源回路で、ノイズ除去、電圧の平滑化、カップリングなどの用途に使われます。アルミ電解コンデンサは電源平滑やバルク容量確保に、セラミックコンデンサは高周波特性を活かして高周波ノイズ除去に用いられます。
参考）コンデンサの種類と選び方｜用途に合わせた最適なコンデンサを解…
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一方、大容量のキャパシタは、急速な充放電や百万回を超える充放電にも耐える特長を持ち、バッテリーの補助やエネルギー回生、ピークアシストなどの用途で活用されます。ハイブリッド車では、回生エネルギーを効率良く回収する蓄電器として採用されています。
参考）https://www.tdk.com/ja/tech-mag/knowledge/058
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バイクにおいては、電気二重層キャパシタをバッテリーに並列接続することで、セルモーター始動時の瞬間的な大電流供給を補助したり、バッテリーレス化を実現するキットとしても使われています。
参考）自作EDLC（電気二重層キャパシタ）でバッテリーを強化 href="https://nmainte.ducati-fan.com/bikemainte/densohoka/9500" target="_blank">https://nmainte.ducati-fan.com/bikemainte/densohoka/9500amp;#…
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キャパシタの種類と電気二重層の仕組み

大容量キャパシタには、対称型の電気二重層キャパシタ（EDLC）と、非対称型のハイブリッドキャパシタがあります。対称型EDLCは、両方の電極に活性炭を使用し、物理吸着のみで蓄電します。非対称型は、片側の電極に活性炭を使い、もう一方の電極に化学反応を利用することで、さらに静電容量の向上を図っています。
参考）電気二重層キャパシタの基礎知識
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電気二重層とは、電極と電解液の界面に形成される2層の構造で、固定吸着された陰イオンからなる非常に薄い層（Stern-Helmholtz層）と、静電引力の中で拡散しつつ濃度分布が生じる層（拡散層またはGouy-Chapman層）で構成されます。この電気二重層は、ナノメートルオーダーという極めて近い距離で電荷が整列しているため、大容量を実現できます。
参考）電気二重層 - Wikipedia
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充放電時には化学反応を伴わず、イオンの移動のみで行われるため、充放電による劣化が少なく長寿命であるとともに、内部抵抗が小さく良好な充放電特性が得られる特長があります。
参考）⑥エネルギー化学特論
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キャパシタのバイクへの取り付けと効果

バイクにキャパシタを取り付ける場合、バッテリーに並列接続するのが一般的です。バッテリーのプラス端子とマイナス端子にキャパシタを接続することで、セルモーター始動時の瞬間的な大電流をキャパシタから供給し、バッテリーの負担を軽減します。youtube​
参考）https://ameblo.jp/seiko-love-love/entry-12789124522.html
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ただし、効果については賛否両論があります。弱ったバッテリーでもセルを回せるようになるという意見がある一方で、体感できるほどの効果はなかったという報告もあります。特に小容量のコンデンサーチューンでは、トルクアップや加速向上といった効果は科学的根拠に乏しく、プラシーボ効果の可能性も指摘されています。​
大容量の電気二重層キャパシタ（例：25F×7個）を使用した実験では、セルモーターの始動性向上に一定の効果が認められています。キックスタートが可能なバイクであれば、バッテリーをキャパシタモジュールに置き換えるバッテリーレス化も実現可能です。
参考）https://ameblo.jp/rcxfw053/entry-12811149908.html
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キャパシタとバッテリーの使い分け

キャパシタとバッテリーは、それぞれ異なる特性を持つため、用途に応じた使い分けが重要です。電池は化学反応で電気エネルギーを保存するため、エネルギー密度が高く長時間の電力供給に向いています。一方、キャパシタは電子で電気を直接貯めるため、充放電スピードが速く、瞬間的な大電流の供給や回生エネルギーの回収に優れています。​
パワー密度（単位体積当たりの出力電力）ではキャパシタが勝るものの、エネルギー密度（単位体積当たりに蓄えられる電力量）ではバッテリーに及びません。そのため、キャパシタは瞬発力に優れた小型電池として捉えることができ、減速時に回収して、すぐに使って、また回収するといった用途に向いています。​
バイクにおいては、バッテリーとキャパシタを併用することで、バッテリーの寿命を延ばし、始動性を向上させることが可能です。ただし、キャパシタの追加がバッテリーの充電に必要なノイズを除去してしまう可能性も指摘されており、適切な容量と接続方法の選定が必要です。
参考）バッテリーにキャパシタを追加しても良い？ href="https://www.third-technology.com/blog/%E3%83%90%E3%83%83%E3%83%86%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%81%AB%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%91%E3%82%B7%E3%82%BF%E3%82%92%E8%BF%BD%E5%8A%A0%E3%81%97%E3%81%A6%E3%82%82%E8%89%AF%E3%81%84%EF%BC%9F/" target="_blank">https://www.third-technology.com/blog/%E3%83%90%E3%83%83%E3%83%86%E3%83%AA%E3%83%BC%E3%81%AB%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%91%E3%82%B7%E3%82%BF%E3%82%92%E8%BF%BD%E5%8A%A0%E3%81%97%E3%81%A6%E3%82%82%E8%89%AF%E3%81%84%EF%BC%9F/amp;#8211; N…
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