電気二重層と電極について教えて下さい。

質問

電気二重層は電極とバルク溶液の間に出来るコンデンサのようなものであると思うのですが、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%87%E3%83%B3%E3%82%B5
wikiの電気二重層キャパシタのページには
理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例する。

と書かれています。通常のコンデンサであるなら電極間の距離に依存することは分かりますが、電気二重層キャパシタはバルク溶液との間にできるコンデンサであるので電極間の距離に依存しないのではないでしょうか？

それと２つの電極の電気二重層が混ざりあうくらいにまで近接した場合には容量はどうなるのでしょうか？
もはや電極間にバルク溶液が存在しないくらまで電極が近接した場合、容量は増えるのか減るのかどちらなのでしょうか？またその理由についても教えて下さい。

よろしくお願い致します。

回答No.2

c80s3xxx · ベストアンサー

Wikipedia の記述がひどいというかなんというか．
誰が書いたんだか知るよしもありませんが，あれは本来ならこう書くべきでしょう．
元「電気二重層コンデンサの静電容量は理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例する。そのため、非常に大きい静電容量を実現することが可能である。」
修正例「コンデンサの静電容量は理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例する。電気二重層コンデンサでは広い表面積とともに、電気二重層の厚みが大変薄いことにより、非常に大きい静電容量を実現することが可能である。」

> 電気二重層が混ざりあうくらいにまで近接した場合には容量はどうなるのでしょうか？

現実的にはそのような配置は非常に困難ですが，もしできたとすれば事実上ショート状態になるか，ふつうのコンデンサと同じになるか，のどちらかでしょう．

お礼

回答ありがとうございます。

wikiが記述が間違えているということなのですね。

もう一つお聞きしたいのですが、
通常のコンデンサであれば、電極間の距離を振動させることで変化させると容量が変化することによって変位電流が流れますが、
電気二重層コンデンサの場合には電極間の距離を高速で変化させても、寄生容量の変化による変位電流は流れたとしても電気二重層容量が変調を受けたことによる電流は流れないということなのでしょうか？

回答No.4

c80s3xxx

だから R が大変小さいということを考慮するんですって．
一方で，極板間は通常のコンデンサより桁違いに広いんですよ，と．

お礼

Rが大変小さいため溶液のC成分は無視出来るということなのですか？

それと極板間は通常のコンデンサより桁違いに広いというのとどういう関係があるのでしょうか？

もう少し詳しい解説をお願いいたします。

回答No.3

c80s3xxx

二重層コンデンサの等価回路は C-R-C の直列回路です．
電極間の距離を変えることはRを変えることに相当します．
ただし，Rは小さくなるように作ってあることは考慮してください．

お礼

ありがとうございます。

やはり電極間距離を変化させても電気二重層容量は変化しない
ということで良いのですね。

少し質問が長くなってしまい申し訳ないのですが、
２つの電極間の電気二重層でないバルク溶液部分にもRだけでなくC成分をもっていると思うのですが、
http://www.ydic.co.jp/item/LevelAPsCR.htm
このページにも書かれてある通り、水の誘電率は真空中と比べて80倍の大きさを
もつため
真空中におかれた平行平板の距離を変化させたときと比べて
溶液中の法が80倍ほど大きな変位電流が流れることになると思うのですが
合っていますでしょうか？

回答No.1

tatekenta

質問の意図がいまいちなので、私なりの解釈で知る限りでのコメントをさせていただきます。

１、電極間距離の依存は静電容量のことをおっしゃっているのですよね？もし、質問者様があるひとつの系し仮定していないのだとしたら答えはイエスだと思います。二重層容量は静電容量/電極面積（表面積）でざっくり出る数字です。静電容量をあらわす要素には電極間距離dが確かに含まれますが、これはあくまでも電極表面に分極（配向）しているアニオンとカチオン同士が作り出している二重層の厚みの話であり使用している電解質や活物質により現実的には決まってしまいます。それ以外での要素となると、表面積か酸化皮膜の誘電率になると思います。

２、二重層が混ざりあうと言う話ですが、普通はセパレータがあるのでありえませんので考えたことがありませんでした。電離しているアニオンとカチオンそれぞれは大体ナノオーダー単位だといわれています。ですから質問者様のおっしゃる状況を作り出すには機械的な接触がゼロのままなのオーダー単位で表面同士が接触する必要があることになりますが、無理じゃないでしょうか（＾＾；）　ありえないとは思いますが、一応陽極と陰極はそれぞれ表面に張り付いている電荷が相反していますから反発して逃げてしまい最接近した部分は電気的にはニュートラルな状態になるのではないでしょうか？

３、電解質が無い＝電荷のキャリアがいない＝電離しているものがない。これでは二重層を形成できないのではないでしょうか？空気中で鉄棒二本並べているのと同じですから、電荷はためれないし電圧をかけて行けばアーク放電でもするんじゃないでしょうか？

しばらく電気化学を離れていますので憶測だけです。バルク溶液という単語を連発されていますが、バルク溶液との間にできるという見方を専門書をみながらもう少し掘り下げてみてはいかがでしょうか？

お礼

回答ありがとうございます。

wikiのページに書かれてある
理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例する。

というのは電気二重層の厚みのことなのですか？
それだと確かに理解出来るのですが、文脈からすると、そうではなく
物理的な電極間の距離のように思えるのですが・・・
wikiの間違えなのでしょうか？