AT143129B - Elektrolytische Zelle und Verfahren zu deren Herstellung. - Google Patents

Description

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    Elelttrolytische Zelle und Verfahren zu deren Ilerstellung.   



   Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrolytische Zelle und insbesondere auf einen elektrolytischen
Kondensator. 



   In einem solchen Kondensator wird das Dielektrikum durch ein Oxydhäutehen auf der Oberfläche einer z. B. aus Aluminium bestehenden Elektrode gebildet. Die andere Elektrode wird durch einen Elektrolyten gebildet, in den die Elektrode eingetaucht ist. Der Zuführungsleiter des Elektrolyten wird durch die Gefässwand oder durch einen besonderen in den Elektrolyten eingetauchten Zuführungsleiter gebildet. 



   Falls der Kondensator in Wechselstromkreisen Anwendung finden soll, schaltet man zwei solche
Kondensatoren gegeneinander, oder man ordnet zwei mit einer Oxydhaut bedeckte Elektroden in dem
Kondensatorgefäss an, das den Elektrolyten enthält. 



  Derartige elektrolytische Zellen weisen verschiedene Nachteile auf. Es zeigt sich häufig, dass an scharfen Rändern und Ecken der Elektroden, an Nietverbindungen od. dgl. und an der Stelle, wo die
Elektrode in den Elektrolyten eintaucht, also an der Luftflüssigkeitslinie, die Oxydhaut auf der Elek- trode manchmal angegriffen wird, wodurch die Lebensdauer des Kondensators herabgesetztwird. Um diese nachteiligen Erscheinungen auszuschalten, werden verhältnismässig kostspielige Bauarten verwendet, und doch gelingt es in den meisten Fällen nicht, sie ganz zu beseitigen. 



   Erfindungsgemäss werden diese Nachteile dadurch behoben, dass die auf einer Elektrode gebildete, in einer Richtung isolierende Oxydhaut, die das Dielektrikum bildet, mit einer ebenfalls durch Oxydation des Elektrodenmaterials gebildeten zweiten Oxydhaut amorpher Struktur bedeckt wird, in die der Elek- trolyt eindringt und die dann den Strom in beiden Richtungen leitet. Diese amorphe Haut hat ein grosses Schutzvermögen gegen Angriffe. 



   An und für sich sind die beiden Oxydhautarten und auch die Art und Weise, in der sie hergestellt werden, bekannt. Wie bereits eingangs erwähnt, wird die isolierende Oxydhaut, die eine kristallinische
Struktur besitzt, bereits in elektrolytischen Kondensatoren benutzt. Die amorphe Oxydhaut fand z. B. bereits in der Technik Anwendung, um z. B. aus Aluminium bestehende Gegenstände vor Korrosion zu schützen. 



   Erfindungsgemäss werden die beiden Schichten zusammen für die Elektrode einer elektrolytischen
Zelle verwendet, bei der die äussere Schicht einen solchen Schutz gewährt, dass die vorgenannten Nach- teile der bekannten Kondensatoren nicht weiter auftreten. Da der Elektrolyt in die a morphe Haut ein- dringt, wird der innere Widerstand des Kondensators durch diese Haut nicht wesentlich erhöht. 



   Wie im folgenden näher erläutert wird, hat es sich gezeigt, dass sich die isolierende Oxydhaut aus kristallinischem Aluminiumoxyd gut auf   gewöhnliche   Weise unter der amorphen Haut in einem der zu diesem Zweck bekannten elektrolytischen Bäder bilden lässt, nachdem die amorphe Haut vorher in einem andern Bade angebracht worden ist. 



   Es hat sich dabei herausgestellt, dass noch ein besonderer Vorteil erhalten wird. Man hat gefunden, dass diese kristallinische Oxydhaut, also das eigentliche Dielektrikum, mit einer Sauerstoffausbeute von   100%   gebildet werden kann. Diese Sauerstoffausbeute belief sich bis jetzt nur auf   70-85%, d.   h. nur
70-85% des in dem elektrolytischen Gefässe frei werdenden Sauerstoffes kam der Oxydhautbildung zu- gute, während der übrige Tell in Gasform frei wurde. 



   Die erfindungsgemässe elektrolytische Zelle kann vorteilhaft als Wickelkondensator ausgebildet werden, bei dem der Elektrolyt in Pastenform zwischen den aufeinanderfolgenden Schichten angebracht ist. Man kann dabei auf bekannte Weise von einer absorbierenden, z. B. aus Baumwolle bestehenden
Zwischenschicht zwischen den aufeinanderfolgenden Windungen Gebrauch machen. 

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   Es hat sich aber gezeigt, dass bei Verwendung der erfindungsgemäss ausgebildeten Elektroden diese absorbierende Schicht in Wegfall kommen kann und die Windungen oder die aufeinanderfolgenden Platten bei einem Stapelkondensator unmittelbar aneinander angelegt werden können, da die amorphe Oxydhaut den pastenartigen Elektrolyten hinreichend festhält. 



   In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. 



   Fig. 1 zeigt schematisch einen elektrolytischen Kondensator, und Fig. 2 ist ein Schnitt in vergrössertem Massstabe durch einen Teil einer erfindungsgemäss ausgebildeten Elektrodenplatte. 



   In Fig. 1 ist mit 1 ein Kondensatorgefäss bezeichnet, das einen Elektrolyten 2 enthält, der z. B. durch Zusammensetzung von 3   cm3   6 normal Ammoniak,   l !   Wasser und 40 g Borsäure erhalten wird. In dem Elektrolyten ist eine Aluminiumelektrode 3 und ein Zuführungsleiter   4   angeordnet, der z. B. aus ehromiertem Aluminium besteht. 



   Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass sich auf der Oberfläche der Elektrode 3 ein Film 4 befindet, der aus Aluminiumoxyd kristallinischer Struktur besteht und das Dielektrikum bildet. Auf diesem Film liegt eine Schutzschicht 5 aus amorphem Aluminiumoxyd. Während die erstgenannte Schicht im allgemeinen nicht dicker als ungefähr   5. 10-4 mm   ist, hat die amorphe Schicht in der Praxis eine Dicke von   O'l   mm und sogar mehr. 



   Zur Bildung der erfindungsgemässen Elektrode verfährt man, falls diese aus Aluminium besteht, wie folgt : Die Platte oder der   : stab, welche   die   Elektrode bildet, wird in eine 4% ige Oxalsäurelösung ein-   
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 Elektrode einen Strom von 4 Ampere für jeden Quadratdezimeter durchlässt. Die Dauer der Behandlung ist 1 bis 15 Minuten und hängt von der   gewünschten Dicke   ab. Während dieser Zeit bleibt der Strom konstant, woraus bereits hervorgeht, dass eine amorphe, nicht isolierende Oxydhaut gebildet wird. Die Behandlung erfolgt etwa bei Zimmertemperatur, und jedenfalls soll dafür Sorge getragen werden, dass die Temperatur nicht über 40  C steigt. Die amorphe Schicht macht sich durch eine goldgelbe Farbe erkennbar. 



   Die Sauerstoffausbeute bei dieser Behandlung ist 100%. 



   Nachdem die Platte in destilliertem Wasser ausgekocht worden ist, wird mit der zweiten Behandlung zum Anbringen der Dielektrikumhaut unter der Amorphhaut angefangen. Da die Verfahren zur Bildung der beiden Häute an sich bekannt sind, wird das Ausführungsbeispiel nur in grossen Zügen erläutert. Zur Bildung eines Dielektrikum verwendet man z. B. ein Bad, das 100   g   Borsäure und 5   g   Borax in   l !   Wasser enthält. Es wird angefangen mit einem Strom von   1/2 Ampere pro   Quadratdezimeter Elektroden-   oberfläche.   Je nachdem der Strom abnimmt, wird die Spannung bis z. B. 450 Volt erhöht. Die ganze Behandlung zum Anbringen des Dielektrikums kann drei Stunden dauern, aber diese Zeit hängt von der Beschaffenheit des Aluminiums ab. 



   Es zeigt sich, dass durch das Vorhandensein der amorphen Haut auch jetzt die Sauerstoffausbeute 100% beträgt. 



   Für die beiden Behandlungen des Verfahrens können auch andere Bäder benutzt werden, für die amorphe Haut z. B. ein Gemisch von Schwefelsäure und Chromsäure, für die Dielektrikumhaut eine
Lösung von Ammoniumborat und Borsäure in Wasser. 



   Nachdem die Oxydhäute auf die Elektrode aufgebracht worden sind, wird diese schliesslich in das   Kondensatorgefäss   eingeführt, das mit einem Elektrolyten von der an Hand der Fig. 1 bereits genannten Zusammensetzung gefüllt sein kann. 



   Wenn man einen sogenannten trockenen elektrolytischen Kondensator herzustellen   wünscht,   so kann man zwischen den aufeinanderfolgenden Schichten der Elektrode einen pastenartigen Elektrolyten anbringen, der z. B. die folgende Zusammensetzung hat :
1000   g   Glyzerin
1000   g   Borsäure   . 400 cas   10 normal   NH4, OH,   gegebenenfalls mit einem   Stärkezusatz.   



   Das Vorhandensein einer Oxydschicht amorpher Struktur kann z. B. auf   röntgenologischem   Wege auf folgende Weise ermittelt werden (Debye-Scherrer-Verfahren). 



   Das Oxyd wird von der Elektrode entfernt und in ein Röhrchen eingeführt, das in der Mitte einer zylindrischen Dose angeordnet wird, deren innere Wand mit einem photographischen Film ausgestattet ist. Durch eine Öffnung in der Wand lässt man monochromatische Röntgenstrahlen auf das Oxyd fallen, wobei übrigens die Dose ganz abgeschlossen wird. 



   Nach der Entwicklung zeigt es sich, dass der Film in bestimmten Strecken Linien aufweist, falls das Oxyd von kristallinischer Struktur war, da in diesem Falle die Kristallformen die Röntgenstrahlen in bestimmten Richtungen reflektieren. Je nachdem das Oxyd eine mehr amorphe Struktur besitzt, sind die Linien mehr unbestimmt, und schliesslich verschwinden sie sogar ganz. 

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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRUCHE : 1. Elektrolytische Zelle, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Oxydation des Elektroden- EMI2.2 <Desc/Clms Page number 3> bildet, mit einer zweiten ebenfalls durch Oxydation des Elektrodenmaterials gebildeten Oxydhaut amor- pher Struktur bedeckt ist, in die der Elektrolyt eindringt und die in beiden Richtungen elektrisch leitend ist.

   2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle wie ein Wickel- kondensator ausgebildet ist, bei dem der Elektrolyt als Paste zwischen den aufeinanderfolgenden Schichten angebracht ist.

   3. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schichten des Kondensators ohne Zwisehenfügung einer besonderen porösen Schicht unmittelbar auf- einanderliegen, wobei die amorphe Oxydhaut zum Festhalten des Elektrolyten in Pastenform dient.

   4. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die amorphe Oxydhaut auf dem Elektrodenmaterial (z. B. Alumi- nium) durch elektrolytische Behandlung mit grosser Stromstärke (z. B. 4 Ampere pro Quadratdezimeter) in einer Säure, wie Oxalsäure, oder einem Gemisch von Schwefelsäure und Chromsäure gebildet wird, wonach unter der amorphen Haut auf elektrolytischem Wege die das eigentliche Dielektrikum bildende Haut erzeugt wird, z. B. mittels eines Anfangsstromes von % Ampere pro Quadratdezimeter in einem aus einer Lösung von Borsäure und Borax in Wasser bestehenden Elektrolyten. EMI3.1