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Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode, die insbesondere zur Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung bestimmt und mit auf die Oberfläche gehefteten feinen, getrennten Teilchen (Kügelchen) aus isolierendem Material als Abstandshalter versehen ist.
Um den Nutzinhalt einer elektrochemischen Vorrichtung, z. B. eines Elektrolytkondensators, zu vergrössern, hat man verschiedentlich versucht, den getrennten Abstandshalter zwischen zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität durch einen viel weniger Raum beanspruchenden, auf die Oberfläche gehefteten Abstandshalter zu ersetzen.
Es ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1255300 bekannt, eine Elektrodenfolie für einen Elektrolytkondensator mittels einer Dispersion mineralischer Stoffe in einem harzartigen Bindemittel mit einer isolierenden porösen Schicht zu überziehen. Diese Porösität muss ausreichend gross sein, so dass nicht ein grosser Reihenwiderstand in die Zelle eingeführt wird, was hohe dielektrische Verluste herbeiführen würde. In dieser Weise wird jedoch eine Bedeckung der Elektrodenoberfläche hergestellt, wo zwischen den isolierenden Teilchen
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einer Oxydschicht an der Oberfläche durch anodische Oxydation in einer Oxalsäure- oder Phosphorsäurelösung.
Alle diese Schichten haben den gleichen Nachteil, dass sie nämlich einen grossen Reihenwiderstand einführen.
Die Erfindung hat eine Elektrode der eingangs genannten Art zum Gegenstand, die die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist. Bei Verwendung in einem Elektrolytkondensator verursacht diese Elektrode im Vergleich zu einer nicht mit einem Überzug versehenen Elektrode keine erhebliche Erniedrigung der Kapazität, wie dies aber bei den vorstehenden bekannten Elektroden der Fall ist. Die dielektrischen Verluste eines solchen Kondensators sind deshalb minimal.
Die erfindungsgemässe Elektrode ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (Kügelchen) insgesamt höchstens 50% der Oberfläche bedecken und die übrige Oberfläche bindemittelfrei ist, wobei die Teilchen einen Durchmesser zwischen 2, 5 und 200 jum aufweisen.
Die erfindungsgemässe Elektrode kann sowohl in Form einer Kathode als auch in der einer Anode Verwendung finden. Bei der ersteren Ausführung wird insbesondere an einer Kathode für einen Elektrolytkondensator gedacht, die z. B. aus einer Aluminiumfolie besteht, von deren Oberfläche 10% mit Teilchen einer Emailfritte bedeckt ist und die als Kathode für einen Wickelkondensator dient.
Der erforderliche mittlere Durchmesser der Teilchen, die für eine erfindungsgemässe Elektrode verwendet werden, hängt stark vom Umfang des Materialtransportes ab, der während der Verwendung der Elektrode in der betreffenden elektrochemischen Zelle im Mittel stattfindet. Dies hängt mit der Gefahr eines Kurzschlusses infolge dieses Materialtransportes zusammen. Ausserdem hängt dieser mittlere Durchmesser stark von der Rauheit der Oberfläche der beiden Elektroden ab : je rauher diese ist, umso grösser muss der Durchmesser der Körner sein. In einem Elektrolytkondensator ist dieser Materialtransport infolge des geringen Wertes des die Zelle durchfliessenden Stromes vernachlässigbar.
Mit Rücksicht auf die erwähnte Rauheit werden für die Kathodenfolie eines Elektrolytkondensators deshalb Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 2, 5 und 200 jum gewählt.
Gemäss einer andern Anwendung wird ein leitendes Muster auf einer flachen Unterlage auf galvanischem Wege genau auf eine andere flache elektrisch leitende Unterlage übertragen. Die Matrize besteht aus einer Elektrode, die ausserhalb des gewünschten abzudrückenden Musters mit einem Bedeckungsgrad von höchstens 50% mit isolierenden Teilchen bedeckt ist. Das Muster wird dadurch auf die elektrisch leitende Unterlage übertragen, dass in einem geeigneten Elektrolyten die Matrize als Anode und die Unterlage als Kathode geschaltet werden, während sie aneinandergedrückt werden. Die Umrissschärfe wird durch den Elektrodenabstand bestimmt, der sehr klein bemessen werden kann und durch z. B. Emailkörner mit einem Durchmesser von 2, 5 jum bestimmt wird.
Elektroden, die mit einem Bedeckungsgrad von höchstens 50% mit Teilchen bedeckt sind, können auch für elektrochemische Synthesen, z. B. von Natriumchlorat oder Ammoniumpersulfat, Verwendung finden. Weil der Widerstand des Elektrolyten sehr gering ist, ergibt sich eine Verringerung der erforderlichen elektrischen Energie.
Erfindungsgemässe Elektroden können auch in elektrischen Entladungsröhren, in denen die Elektroden in geringem Abstand voneinander angeordnet werden müssen, Anwendung finden.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Elektrode, bei welchem die Oberfläche der Elektrode mit einer Suspension der elektrisch isolierenden Teilchen in einer Lösung oder einer Dispersion eines Bindemittels überzogen wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Teilchen in der Flüssigkeit dem gewünschten Bedeckungsgrad von höchstens 50% der Elektrodenoberfläche entspricht und nach dem überziehen das Lösungsmittel und das Bindemittel ohne Rückstand verdampft und/oder zersetzt werden.
Andere Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Elektrode sind z. B. die elektrophoretische Aufbringung der Teilchen oder die Plasmazerstäubung.
Zur Erläuterung der Erfindung folgen einige praktische Ausführungsbeispiele.
Beispiel l : Aluminiumfolie mit einem Reinheitsgrad von 99, 99% Al und einer Dicke von 30 jum
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<tb> Li2 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 20, <SEP> 8 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> A03 <SEP> 22, <SEP> 8Gew.-% <SEP>
<tb> B203 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP>
<tb> P2Og <SEP> 44, <SEP> 4 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 2, <SEP> 4 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> SrO <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP> Gew.-% <SEP>
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mit einer Teilchengrösse von 50,um in einer Lösung von 15 g Polyvinylalkohol und 4 g Glyzerin in 140 ml Wasser mit einer Schicht dieser Suspension überzogen und anschliessend 1 h bei 2400C getrocknet und dann während 15 min an der Luft auf 5000C erhitzt. Der Bedeckungsgrad beträgt 10%.
Die erhaltene Folie wird zur Oberflächenvergrösserung bei 1000C in einer gesättigten Lösung von Kochsalz in Wasser geätzt und dann mit formierter Aluminiumfolie ohne Zwischenlegung eines Trenngliedes straff gewickelt und mit einem üblichen Elektrolyten auf der Basis von Glycol-Borsäure-Ammoniak in ein Gehäuse eingebaut.
Auf diese Weise ergibt sich eine erhebliche Einsparung am Volumen des Kondensators. Bei einem bekannten entsprechenden Kondensator besteht z. B. der Wickel aus einer 100 jUm dicken formierten Anode, einer 100 um dicken Papierzwischenlage, einer 30, um dicken Kathode und einer zweiten 100,um dicken Papierzwischenlage. Bei der Ausführungsform mit der erfindungsgemäss hergestellten Kathodenfolie mit einer 50,um dicken, beiderseits angebrachten Teilchenschicht werden 30% der Gesamtdicke des Wickels eingespart.
Diese Wickel wurden nach Formierung mit einer Spannung von 13, 52 bzw. 380 V dadurch auf Durchschlag geprüft, dass die betreffende Spannung 75 h lang angelegt wurde. Es trat kein Durchschlag auf.
Beispiel 2 : Ein Kondensator gemäss dem vorstehenden Beispiel wurde auf entsprechende Weise hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Fritte in einem mit Xylol verdünnten, unter dem Handelsnamen "Lero" erhältlichen Papierleim auf der Basis von Kautschuk dispergiert wurde. Dieser Leim kann, nachdem er an der Luft bei Zimmertemperatur getrocknet worden ist, sofort bei 5000C ausgeheizt werden, bis er völlig verbrannt ist. Der erhaltene Kondensator hat die gleichen Eigenschaften wie der unter Punkt 1 beschriebene.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrode mit auf die Oberfläche gehefteten feinen, getrennten Teilchen (Kügelchen) aus isolierendem
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höchstens 50% der Oberfläche bedecken und die übrige Oberfläche bindemittelfrei ist, wobei die Teilchen einen Durchmesser zwischen 2, 5 und 200 jum aufweisen.