Grundlegendes: Von der elektrochemischen Doppelschicht zur Ladungs- und Energiespeicherung

Wenn ein elektronenleitendes Material, z. B. ein Metallblech oder ein Preßling aus Aktivkohle, mit einem ionenleitenden Material, z. B. eine Lösung aus Kaliumhydroxid in Wasser, in Kontakt gebracht wird, bildet sich an der Berührungsfläche eine elektrochemische Doppelschicht (mitunter verkürzt auch elektrische Doppelschicht) aus. Die beiden Materialien werden in Chemie und Physik als Phasen bezeichnet, die Grenz- oder Berührungsfläche als Phasengrenze. Da die Lösungsmittelmoleküle wie molekulare Dipole (oder im Fall von Wasser Quadrupole) wirken und in der Lösung mobile Ladungsträger (Ionen ggfs. mit ihrer Solvathülle) unterwegs sind, während in der elektronenleitenden Phase hochmobile Elektronen zwischen den Atomrümpfen des Metalls das Elektronengas bilden kommt es an der Berührungsfläche zur Ausbildung großer elektrischer Felder mit Feldstärken um ∂E/∂x ≥ 109 V · m−1.