Verfahren zur Vergrösserung der wirksamen Oberfläche von Aluminiumelektroden für elektrische Kondensatoren und Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Vergrösserung der wirksamen Oberfläche von Aluminiumelektroden für elektrolytische Kondensatoren auf chemi schem Wege. Hierunter kann sowohl das üb liche chemische Beizen wie auch das Beizen auf elektrochemischem Wege verstanden werden.
Es ist schon bekannt, eine erhebliche Vergrösserung der wirksamen Oberfläche von Aluminiumelektroden dadurch zu erhalten, dass sie z. B. in Salzsäure gebeizt werden. Die dabei benutzte Temperatur war im all gemeinen 20 bis 25 C, während auch höhere Temperaturen des Beizbades vorgeschrieben sind. Auf Grund der allgemeinen chemischen Erkenntnisse, dass die Reaktionsgeschwindig keit mit einer Erhöhung der Temperatur er heblich vergrössert wird, war man zu der Schlussfolgerung gekommen, dass zur Erzie lung einer genügend schnellen Beizwirkung die Temperatur des Beizbades so hoch wie möglich gewählt werden müsste. In der britischen Patentschrift Nr. 448163 z.
B. ist vorgeschlagen worden, die Tempera tur der Beizlösung im Kochpunkt, das ist etwa 100 C, zu halten. Es hat sich aber ge zeigt, da.ss eine wesentliche Vergrösserung der wirksamen Oberfläche auf diese Weise nicht als regelmässig auftretendes Ergebnis erzielt werden kann. Mit den üblichen Beizmethoden liess sich eine vier- bis achtfache Kapazität in bezug auf eine glatte Oberfläche regel mässig in der Massenherstellung erzielen. Das Erreichen grösserer Oberflächenvergrösserun gen in der Massenherstellung stiess auf grosse Schwierigkeiten.
Auf Grund von Untersuchungen wurde nun festgestellt, dass dagegen bei Benutzung einer niedrigeren Temperatur die Zeitdauer des Beizverfahrens zwar grösser ist, aber bei dieser niedrigen Temperatur überraschender weise eine erheblich grössere wirksame Ober fläche erhalten wird.
Selbst wenn verhältnismässig kaltes Lei tungswasser zur Kühlung des Beizbades zur Verfügung steht, zeigt es sich, dass die da durch erzielte Kühlwirkung zur Erzielung dieser erheblich grösseren Wirkung nicht aus reicht.
Gemäss der Erfindung wird daher die Temperatur der für das Beizverfahren be nutzten Lösung zwischen 8 C und dem Ge frierpunkt der Lösung gewählt.
Der bemerkenswerte Fortschritt, der mit. dem erfindungsgemässen Verfahren erreielit wird, geht deutlich aus nachfolgendem Ver gleichsversuch hervor.
Aluminium mit einer Reinheit von 99,85 wurde in einem aus ungefähr 9 % Salzsäure in destilliertem Wasser bestehenden Beizbad behandelt, dem ein einer Menge von 20 g Aluminium pro Liter entsprechendes Quan tum Aluminiumehlorid (AICl") zugefügt war. Die Temperatur des Beizbades wurde auf 20 C gehalten. Aluminiumelektroden mit einer geometrischen Oberfläche von 100 cm' wurden nun während 11/s Stunden gebeizt und dann bei einer Spannung von 500 Volt formiert.
Die Kapazität der Elek troden belief sieh dann auf 8 bis 9 A4 F, wel che Kapazität, wie festgestellt wurde, auch in der Massenherstellung reproduzierbar auf rechterhalten werden kann. Bei längerer Beizdauer nahm die Kapazität nicht mehr zu. Das Beizbad wurde nun gekühlt, bis die Temperatur bei etwa 6 C lag, während die übrigen Versuchsbedingungen dieselben blie ben, und nur die Beizdauer auf 3 bis 31/s Stunden verlängert wurde.
Es wurde nunmehr für die gleiche Elektrodenober- fläche bei demselben Formierungsverfahren eine Kapazität von 14 bis 15 /t F erzielt.
Wenn auch die erzielten Oberfläehenver- grösserungen durch verschiedene Einflüsse etwas schwanken werden, so ist es doch mög- lieh, auf reproduzierbare Weise eine Ver besserung des Oberflächenvergrösserungsfa.k- tors zu erhalten, der<B>50%</B> erheblich über steigt.
An Hand von Versuchen ist festgestellt worden, dass die verbesserten Ergebnisse nur auf die Erniedrigung der Temperatur zu rückzuführen sind. Obwohl die Vermutung nahe liegt, dass auch eine Konzentrationsver ringerung der Beizflüssigkeit denselben Ef fekt haben würde, ist dies in der Praxis nicht der Fall. Die Vergrösserung der wirksamen Oberfläche tritt nur auf, wenn die benutzte Temperatur zu den obengenannten Werten erniedrigt wird.
Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bringt zufolge der möglichen Verkleinerung der geometriselien Abmessun gen der Elektroden eine Erhöhung des Serienwiderstandes in einem Kondensator mit sich. Dies lässt sieh aber durch die richtige Wahl des Elektrolyten und der Elektroden aufstellung, wodurch der Stromweg durch den Elektrolyten so klein wie möglich wird vermeiden.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Apparatur, die für die "9usfiilirung des Verfahrens gemäss der Erfindung verwendbar ist, dargestellt.
In Fig. 1 ist eine Apparatur mit indirek ter Kühlung der Beizflüssigkeit dargestellt, w 'ilirend in Fig. ? eine schematische Apparatur mit direkter Kühlung veranschaulicht ist.
In Fig. l befindet sich die Beizflüssig- keit im Gefäss 1. das in einem zweiten Gefäss angeordnet ist. Die Kühlung der im Ge fäss ? befindlichen Flüssigkeit 3 erfolgt mit tels der mit der eigentlichen Kühleinrielitung verbundenen Kühlschlangen 4.
Zur Erzielung einer regelmässigen Zirku lation der Flüssigkeit 3 im Gefäss 2, sind Flügelrührer 5 vorgesehen, von denen einer die Flüssigkeit 3 aufwärts, der andere ab wärts bewegt.
In Fig. ? gehen die Kühlspiralen 6 direkt durch das Beizbad i. Die von der Einrich tung 8 gelieferte Kühlflüssigkeit wird mit tels der Pumpe 9 in Umlauf gesetzt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann gemeinsam mit bekannten -Methoden zur Erzielung einer stark vergrösserten Ober fläche bei Elektrolytkondensatoren ange wendet werden. Das vorliegende Verfahren kann angewendet werden z. B. für Alu minium, dessen Kupfergehalt zur Verbesse- rung der Beizwirkung unter einem bestimm ten Wert, wie 0,05 % liegt. Man kann auch Aluminiumsorten mit einer die Beizwirkung vergrössernden sehr geringen Kristallkorn- grösse verwenden.
Process for increasing the effective surface area of aluminum electrodes for electrical capacitors and device for carrying out this process. The invention relates to a process for increasing the effective surface area of aluminum electrodes for electrolytic capacitors by chemical means. This can be understood to mean both the usual chemical pickling and pickling using an electrochemical method.
It is already known to obtain a considerable increase in the effective surface area of aluminum electrodes in that they are e.g. B. be pickled in hydrochloric acid. The temperature used was generally 20 to 25 C, while higher temperatures of the pickling bath are also prescribed. On the basis of the general chemical knowledge that the reaction rate increases significantly with an increase in temperature, the conclusion was reached that the temperature of the pickling bath had to be selected as high as possible in order to achieve a sufficiently rapid pickling effect. In British Patent No. 448163 e.g.
B. has been proposed that the tempera ture of the pickling solution at the boiling point, which is about 100 C, to keep. It has been shown, however, that a substantial increase in the effective surface cannot be achieved in this way as a regularly occurring result. With the usual pickling methods, four to eight times the capacity with respect to a smooth surface can be achieved regularly in mass production. Achieving larger surface enlargements in mass production encountered great difficulties.
On the basis of investigations it has now been found that, on the other hand, when a lower temperature is used, the duration of the pickling process is longer, but surprisingly a considerably larger effective surface is obtained at this low temperature.
Even if comparatively cold tap water is available to cool the pickling bath, it turns out that the cooling effect achieved is not sufficient to achieve this considerably greater effect.
According to the invention, the temperature of the solution used for the pickling process is therefore selected between 8 C and the freezing point of the solution.
The remarkable progress that came with. The method according to the invention is achieved, is evident from the following comparison experiment.
Aluminum with a purity of 99.85 was treated in a pickling bath consisting of approximately 9% hydrochloric acid in distilled water to which a quantity of aluminum chloride (AICl ") corresponding to an amount of 20 g aluminum per liter had been added. The temperature of the pickling bath was increased to 20 ° C. Aluminum electrodes with a geometric surface area of 100 cm 'were then pickled for 11 / s hours and then formed at a voltage of 500 volts.
The capacity of the electrodes then amounted to 8 to 9 A4 F, which capacity, as was found, can be reproducibly maintained even in mass production. The capacity no longer increased with longer pickling times. The pickling bath was then cooled until the temperature was around 6 C, while the other test conditions remained the same, and only the pickling time was extended to 3 to 31 / s hours.
A capacity of 14 to 15 / t F has now been achieved for the same electrode surface using the same forming process.
Even if the surface enlargements achieved will fluctuate somewhat as a result of various influences, it is nevertheless possible to obtain an improvement in the surface enlargement factor in a reproducible manner which increases by <B> 50% </B> considerably .
Experiments have shown that the improved results can only be attributed to the lowering of the temperature. Although it can be assumed that a reduction in the concentration of the pickling liquid would also have the same effect, this is not the case in practice. The increase in the effective surface only occurs when the temperature used is lowered to the above values.
The use of the method according to the invention brings about an increase in the series resistance in a capacitor due to the possible reduction in the geometrical dimensions of the electrodes. However, this can be avoided by choosing the right electrolyte and setting up the electrodes, which means that the current path through the electrolyte is as small as possible.
In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of an apparatus which can be used for carrying out the method according to the invention are shown.
In Fig. 1 an apparatus with indirect cooling of the pickling liquid is shown, as shown in Fig. a schematic apparatus with direct cooling is illustrated.
In FIG. 1, the pickling liquid is in the vessel 1, which is arranged in a second vessel. The cooling in the vessel? The liquid 3 located there is carried out by means of the cooling coils 4 connected to the actual cooling line.
To achieve a regular circulation of the liquid 3 in the vessel 2, paddle stirrers 5 are provided, one of which moves the liquid 3 upwards, the other downwards.
In Fig. the cooling coils 6 go directly through the pickling bath i. The cooling liquid supplied by the device 8 is set with means of the pump 9 in circulation.
The method according to the invention can be used together with known methods to achieve a greatly increased surface area in electrolytic capacitors. The present method can be applied e.g. B. for aluminum, the copper content of which is below a certain value, such as 0.05%, to improve the pickling effect. It is also possible to use aluminum types with a very small crystal grain size that increases the pickling effect.