(Fr.: double couche électrochimique; Du.: elektrochemische Doppelschicht; Eng.: electrochemical double layer), in de elektrochemie aanduiding van het grensgebied aan weerszijden van het fasengrensvlak in een elektrochemisch tweefasensysteem of elektrode, bijv. een metaal in een elektrolytoplossing.
De elektrochemische dubbellaag omvat dat gebied van de twee fasen waarvan de eigenschappen en met name de elektrische potentiaal (galvanipotentiaal) verschillen van die van het inwendige (de ‘bulk’) van de twee fasen en is dus ook te definiëren als dat gebied waarover het potentiaalverschil tussen de twee fasen (grensvlakpotentiaal) zich uitstrekt.Een dergelijk potentiaalverschil ontstaat aan elk grensvlak tussen geleidende fasen waarover geladen deeltjes kunnen worden uitgewisseld, omdat in de evenwichtstoestand waar het systeem naar streeft, de elektrochemische potentiaal van deze deeltjes in beide fasen gelijk is; deze toestand wordt bereikt door een nettoladingovergang in één richting. Als gevolg daarvan krijgt elk van beide fasen een zekere overschotlading die, omdat het geheel elektrisch neutraal blijft, in beide fasen gelijk van grootte maar tegengesteld van teken is (er heeft een zekere ladingscheiding plaats). De overschotlading in een fase bestaat uit positieve, resp. negatieve, ladingdragers (kationen, anionen, elektronen), waarvan de lading niet volledig gecompenseerd wordt door de ladingdragers van het andere teken (zoals in een elektrisch neutrale fase). Door de coulombkracht die de ene geladen fase uitoefent op de ladingdragers in de andere fase, zullen de overschotladingen zich in eerste instantie dichtbij het grensvlak bevinden, waardoor in het grensgebied als het ware twee evenwijdige lagen (een dubbele laag) lading ontstaan, vergelijkbaar met een condensator. Omdat evenwel de ladingdragers in een fase mobiel zijn zullen ze ook de invloed van de warmtebeweging ondergaan en zal de overschotlading in een fase zich min of meer diffuus over de fase verdelen; de ruimteladingdichtheid wordt hierbij kleiner naarmate de afstand tot het grensvlak groter wordt. De dubbele laag lading (dubbellaag) is dan uitgesmeerd over een groter gebied aan weerszijden van het grensvlak.
Voor de uitgebreidheid van de dubbellaag is hoofdzakelijk de concentratie van de ladingdragers bepalend. Zo is de dubbellaag in zeer goede geleiders, zoals metalen, beperkt tot een afstand van ca. 0,1 nm (hier zit alle overschotlading dus direct aan het grensvlak), terwijl deze zich in slechte geleiders, zoals sterk verdunde elektrolytoplossingen, over een afstand van tientallen nanometer kan uitstrekken.
Het verschil in galvanipotentiaal (of inwendige potentiaal) is overigens niet alleen het gevolg van de overschotladingen in de twee fasen; deze veroorzaken slechts een verschil in voltapotentiaal (of uitwendige potentiaal). Daarnaast treedt aan het oppervlak van elke fase (en dus ook aan het grensvlak tussen twee fasen) een oppervlaktepotentiaal op, die het gevolg is van dipoollagen aan het oppervlak; aan dat van water en oplossingen in water zijn bijv. de watermoleculen (dipolen) min of meer georiënteerd. Een laag van parallel gerichte dipolen vormt als het ware een condensator, waarover een potentiaalverschil bestaat: de oppervlaktepotentiaal. Door adsorptie van ionen of andere dipolen kan deze nog gemodificeerd worden. Ook aan het oppervlak van metalen treedt iets dergelijks op, doordat daar de zwaartepunten van elektronen en buitenste ionen niet samenvallen. Het galvanipotentiaalverschil tussen de twee fasen nu is de som van het voltapotentiaalverschil en het verschil in oppervlaktepotentiaal.
Verreweg de meeste gegevens zijn bekend over de dubbellaag aan een elektrode (elektrochemische dubbellaag), met name aan het grensvlak metaal/elektrolytoplossing (voornamelijk in water). Aan een elektrode is de dubbellaag van bijzonder belang in verband met de invloed van de structuur ervan op de snelheid van elektrodereacties. Hierbij gaat het vooral om het gedeelte van de dubbellaag aan de oplossingszijde van het grensvlak, in verband met het geringere geleidingsvermogen ten opzichte van het metaal, en het voorkomen van diverse soorten ladingdragers en neutrale moleculen (van het oplosmiddel en andere); de elektrochemische dubbellaag aan een metaalelektrode zetelt dus praktisch alleen in de elektrolytoplossing (aan een halfgeleiderelektrode daarentegen valt een aanzienlijk deel ervan in de halfgeleider). Het meeste onderzoek betreffende de elektrochemische dubbellaag is verricht aan het metaal kwik in diverse elektrolytoplossingen, dit in verband met de gunstige eigenschappen van kwik: met een vloeibaar metaal is het eenvoudig een schoon oppervlak te maken dat volkomen glad is, terwijl de grensvlakspanning gemakkelijk gemeten kan worden, waaruit allerlei gegevens over de dubbellaag zijn te verkrijgen.