CH359785A - Elektrolyt-Kondensator mit flüssigem Elektrolyt - Google Patents

Elektrolyt-Kondensator mit flüssigem Elektrolyt

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CH359785A
CH359785A CH359785DA CH359785A CH 359785 A CH359785 A CH 359785A CH 359785D A CH359785D A CH 359785DA CH 359785 A CH359785 A CH 359785A
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Harvey Stephenson Donald
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Gen Electric
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      Elektrolyt-Kondensator        mit    flüssigem Elektrolyt    Vorliegende Erfindung betrifft einen     Elektrolyt-          Kondensator    mit verbessertem flüssigem     Elektrolyt.     



  Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen Kon  densator mit hoher Beständigkeit und verlängerter  Lebensdauer zu     schaffen,    wenn er bei hohen Span  nungen und in einem Temperaturbereich von etwa  -55 bis 125  C betrieben wird, wobei Kapazität  und Widerstand sich in diesem Temperaturbereich  nur wenig ändern.  



  Der Elektrolyt dieses Kondensators ist nicht  wässerig, welche Tatsache dem     Elektrolyt-Konden-          sator    die obenerwähnten verbesserten Eigenschaften  verleiht.  



  Der erfindungsgemässe     Elektrolyt-Kondensator     ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt     N,N-          Dimethylformamid    als Lösungsmittel und eine darin  gelöste     ionenliefernde    Substanz, wie z. B.     Ammo-          niumborat,    enthält. Dieser Elektrolyt ist besonders  brauchbar in Kondensatoren, von denen eine Elek  trode aus     Tantal    oder einem andern geeigneten film  bildenden Material besteht.  



  Vorzugsweise besteht der erfindungsgemässe Elek  trolyt aus     N,N        Dimethylformamid    und einer     darin     gelösten     ionenliefernden    Substanz, welche den Zweck  hat, dem Elektrolyten die notwendige Leitfähigkeit  zu verleihen. Die     ionenliefernde    Substanz kann in  ausserordentlich kleinen Mengen anwesend sein, und  es wird     gewöhnlich    eine solche Menge verwendet,  die sich bei einer Temperatur von -55  C nicht  ausscheidet.

   Bei Verwendung von niedrigen Span  nungen können höhere     Konzentrationen    der     ionen-          liefernden    Substanz     verwendet    werden, wogegen bei    Verwendung von höheren Spannungen niedrigere  Konzentrationen benutzt werden können. Eine bevor  zugte     ionogene    Substanz für diesen Elektrolyt ist       Ammoniumborat,    z. B.     Ammoniumpentaborat    und       Ammoniumtetraborat,    insbesondere für Anwendungs  gebiete von Hochspannung.

   Die     Erfindung    ist jedoch  nicht auf diese spezielle     ionenliefernde    Substanz be  schränkt, und es können andere Salze verwendet  werden mit     Einschluss    anderer     Alkaliborate    und       Alkaliphosphate    (mit     Einschluss    des Ammonium  phosphates) sowie der     Oxalate,        Citrate,        Tartrate,          Succinate,    Nitrate,     Chloride,        Bichromate    und Acetate  mit guter Löslichkeit in     N,N        Dimethylformamid.     



  Ein besonders zufrieden-stellender Elektrolyt für  den     erfindungsgemässen    Kondensator besitzt folgende  Zusammensetzung     in.    Gewichtsprozenten:  
EMI0001.0046     
  
    <I>Elektrolyt <SEP> A</I>
<tb>  Ammoniumpentaborat <SEP> 0,2%
<tb>  N,N-Dimethylformamid <SEP> 99,80/a       Die Eigenschaften dieses Elektrolyten gaben im  Vergleich zu einem bereits bekannten und unten be  schriebenen Elektrolyten B gewisse Verbesserungen.

    
EMI0001.0047     
  
    <I>Elektrolyt <SEP> B</I> <SEP> (bekannter <SEP> Zusammensetzung)
<tb>  Ammoniumpentaborat <SEP> 3,5%
<tb>  Äthylenglycol <SEP> <B>60,30/,)</B>
<tb>  Wasser <SEP> 36,2%       Einige Eigenschaften dieser beiden Elektrolyte  sind in Tabelle I zusammengestellt:    
EMI0002.0001     
  
    <I>Tabelle <SEP> I</I>
<tb>  Elektrolyt <SEP> A <SEP> Elektrolyt <SEP> B
<tb>  Gefrierpunkt <SEP> -61  <SEP> C <SEP> unterhalb <SEP> -55  <SEP> C
<tb>  Siedepunkt <SEP> 153  <SEP> C <SEP> 118  <SEP> C
<tb>  Dampfdruck <SEP> bei <SEP> 85  <SEP> C <SEP> 85 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> 290 <SEP> mm <SEP> H  Dampfdruck <SEP> bei <SEP> 125  <SEP> C <SEP> 340 <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> <B>1</B>240 <SEP> mm <SEP> Hg
<tb>  spezifischer <SEP> Widerstand <SEP> bei <SEP> -55  <SEP> C <SEP> 32 <SEP> 000 <SEP> Ohm/cm <SEP> 30 <SEP> 000 <SEP> Ohm/cm
<tb>    <SEP> <B>D <SEP>  </B> <SEP> 25  

  <SEP> C <SEP> 4 <SEP> 200 <SEP> Ohm/cm <SEP> 250 <SEP> Ohm/cm
<tb>    <SEP>   <SEP>   <SEP> 85  <SEP> C <SEP> 2 <SEP> 400 <SEP> Ohm/cm <SEP> 75 <SEP> Ohm/cm
<tb>    <SEP> 5 > <SEP> 125  <SEP> C <SEP> 1250 <SEP> Ohm/cm <SEP>     > <SEP> 150  <SEP> C <SEP> 840 <SEP> Ohm/cm <SEP> -       Aus der     Tabelle    I geht der .grössere Temperatur  bereich, der niedrigere Dampfdruck und der weniger  schwankende spezifische Widerstand des Elektro  lyten A gegenüber dem bereits bekannten Elektro  lyten B hervor.  



  Es wurden Versuche über die Lebensdauer von  Kondensatoren durchgeführt, welche mit den beiden  obigen Elektrolyten     imprägniert    waren, wobei die       Kondensator-Anoden    und -Kathoden aus 0,013 mm  dicken     Tantalfolien    bestanden und die Trennung  zwischen den     Elektrodenfolien    mit zwei Papierblät  tern von etwa 0,03 mm Dicke durchgeführt wurde.

    Bei der Prüfung der Lebensdauer dieser Kondensa  toren bei 125 C und 150 Volt Gleichspannung  wurde gefunden, dass die mit dem     bekannten    Elektro  lyten B imprägnierten Einheiten schon alle vor Ab  lauf von 22 Tagen unter obigen Versuchsbedingun  gen     versagten,    während die den erfindungsgemässen  Elektrolyten A enthaltenden Einheiten noch nach  45 Tagen wirksam und betriebsfähig waren.

   Nach  diesem Zeitraum enthielten die den Elektrolyt A       enthaltenden        Einheiten        noch        78        %        ihrer        ursprüng-          lichen    Kapazität bei     Zimmertemperatur,    während die  Einheiten mit dem Elektrolyt B schon nach 7 Tagen         auf        79%        ihrer        Kapazität        zurückgegangen        waren.     Diese Ergebnisse zeigen, dass eine sechsfache Ver  längerung der Lebensdauer möglich ist,

   bei Ver  wendung der     Elektrolytzusammensetzung    A anstelle  des bekannten Elektrolyten B.  



  In einer     ähnlichen    Versuchsreihe wurden die       Kondensatoreinheiten    bei 85  C und 300 Volt Gleich  spannung in Betrieb     gesetzt;    die den Elektrolyt A  enthaltenden Einheiten wiesen nach 90 Tagen noch       88%        der        ursprünglichen        Kapazität        bei        Zimmer-          temperatur    auf,

   während die Einheiten mit dem       Elektrolyt        B        nach        12        Tagen        84%        der        ursprünglichen     Kapazität aufwiesen, was in diesem Fall einer un  gefähr 8fachen Verbesserung entsprechen würde. In  einem weiteren Versuch wurden Kondensatoren mit  dem Elektrolyten A bei 125  C und 300 Volt Gleich  spannung in Betrieb genommen, und es wurde fest  gestellt,     dass    nach 1600 Stunden (66 Tagen) diese  Einheiten noch     97,50/a    ihrer bei 120 Hz gemessenen  Kapazität bei     Zimmertemperatur    enthielten.  



  In der Tabelle     II        sind        -einige    Eigenschaften von  mit dem Elektrolyt A     imprägnierten    Kondensator  einheiten bei niedriger Temperatur angegeben.  
EMI0002.0050     
  
    <I>Tabelle <SEP> 11</I>
<tb>  Temperatur <SEP> o
<tb>  o <SEP> C <SEP> Hz <SEP> - <SEP> Kapazität <SEP> /o <SEP> V <SEP> o, <SEP> K2;;

  
<tb>  25 <SEP> 120 <SEP> 1,09 <SEP> 7,0 <SEP> 100
<tb>  25 <SEP> 1000 <SEP> 1,06 <SEP> 11,0 <SEP> 100
<tb>  -55 <SEP> 120 <SEP> 1,01 <SEP> 8,0 <SEP> 92,7
<tb>  -55 <SEP> 1000 <SEP> 0,94 <SEP> 40,3 <SEP> 88,7       In der Tabelle     1I    bedeutet Hz die Anzahl     Schwin-          gungen        pro        Sekunde,        %        V        ist        der        prozentuale        Ver-          lust        (entsprechend        dem        Leistungsfaktor),

          und        %        K     gibt den prozentualen     Kapazitätswert    im     Vergleich     zur ursprünglichen Kapazität bei 25  C an. Wie aus  der Tabelle     ersichtlich,    ist die verbleibende prozen  tuale Kapazität, welche bei -55  C verbleibt, so-    wohl bei 120 als auch bei 1000 Hz ausserordent  lich hoch, und auch der Verlust ist bei diesen nied  rigen Temperaturen durchaus zufriedenstellend.  



  Nachfolgend seien noch einige Zusammensetzun  gen in Gewichtsprozenten als Beispiele erfindungs  gemässer Elektrolyte     angeführt:       
EMI0003.0001     
  
    N,N-Dimethyl- <SEP> Menge <SEP> der
<tb>  formamid <SEP> innenliefernde <SEP> innenliefernden <SEP> Substanz <SEP> spez. <SEP> Widerstand
<tb>  in <SEP> % <SEP> Substanz <SEP> in <SEP> % <SEP> Ohm/cm <SEP> bei <SEP> 250 <SEP> C
<tb>  <B>98,6</B> <SEP> Magnesiumacetat <SEP> 1,4 <SEP> 22000
<tb>  94,0 <SEP> Magnesiumacetat <SEP> 6,0 <SEP> <B>6500</B>
<tb>  99,0 <SEP> Borsäure <SEP> 1,0 <SEP> <B>35000</B>
<tb>  99,0 <SEP> Lithiumchlorid <SEP> 1,0 <SEP> 450       Nachstehend sind weitere Beispiele von löslichen  und für die Erfindung verwendbaren     ionogenen    Sub  stanzen     angeführt:

          Ammoniumbromid,        Calcium-          chlorid,        Calciumnitrat,        Kaliumacetat,        Natriumacetat,          Natriumnitrat,        Kaliumnitrat,        Magnesiumchlorid,        Na-          triumbichromat,    saures     Nätriumphosphat,    Bernstein  säure und     Oxalsäure.     



  Es können auch andere anorganische und orga  nische Salze verwendet werden; vorausgesetzt, dass  sie nicht     kathodisch    zu     einem    Metall oder anderem  Material an der Kathode reduziert oder an der  Anode zu einer unpassenden Verbindung oxydiert  werden können.  



  Der vorliegende     N,N-Dimethylformamid-Elek-          trolyt    ist genügend beständig und widerstandsfähig       geggen    Hitze, Licht und chemische Veränderungen; er  besitzt gegenüber üblichen Elektrolyten einen nied  rigeren Gefrierpunkt, wirkt auf die gewöhnlich als       Kondensatorgehäuse    verwendeten Metalle nicht  korrodierend und besitzt praktisch keine Lösungs  fähigkeit für die auf den     Kondensatorelektroden     üblicherweise gebildeten     Oxydfilme.    Es wurde auch  festgestellt,

       d-ass    der erfindungsgemässe Elektrolyt die  Bildungsgeschwindigkeit kristalliner Oxyde in den       dielektrischen    Filmen     verzögern    kann. Auf diese  Weise kann die Schweissverbindung zwischen Folie  und Draht, welche gewöhnlich den schwachen     Teil     des Kondensators darstellt, geschützt werden. Der  erfindungsgemässe Elektrolyt besitzt meistens einen  höheren spezifischen Widerstand bei 25  C als  übliche Elektrolyte und zeigt bei 300 Volt Gleich  spannung kein     Scintillieren.    Der     N,N-Dimethylform-          amid-Elektrolyt    zeigt z.

   B. sehr geringe Veränderun  gen der Viskosität innerhalb stark schwankender  Temperaturbereiche, welche Eigenschaft wiederum  minimale spezifische Widerstandsänderungen und  minimale Kapazitätsänderungen zur Folge haben  kann.  



  Da es sich beim erfindungsgemässen Elektrolyten  um einen nichtwässerigen handelt, kann er einen  niedrigeren Dampfdruck als wässerige Elektrolyte       haben,    so dass das Problem des     Abdichtens    des     Kon-          densators    weniger schwer zu lösen ist. Dazu kommt,  dass mit dem neuen Elektrolyt die Schwierigkeiten  vermieden werden können, welche bei Verwendung    bekannter Elektrolyte auf der Basis von     Lösungs-          mittelgemischen    angetroffen wurden.

   Diese bestehen  darin, dass eines der Lösungsmittel rascher verdampft  als das andere und auf diese Weise die chemische       Zusammensetzung,    die Viskosität, der     spezifische     Widerstand und der Gefrierpunkt des Elektrolyten  verändert wird; dadurch kann es zu starken Kapazi  tätsschwankungen kommen. Bei     einem    erfindungs  gemässen Elektrolyt, welcher beispielsweise fast       100%        NN-Dimethylformamid        enthält,        kann        bis        zu          5019/o    des Elektrolyten verlorengehen (z.

   B. infolge  undichten Abschlusses), ohne dass eine     merkliche     Veränderung der elektrischen Eigenschaften auf  treten oder die Betriebsfähigkeit des Kondensators  leiden würde.  



       Weil    die erfindungsgemässen,     N,N-Dimethylform-          amid    enthaltenden Kondensatoren im allgemeinen  für höhere Spannungen geeignet sind als die früher  verwendeten Elektrolytkondensatoren, machen sie  die Verwendung von parallel geschalteten einheit  lichen Einheiten möglich, anstelle von in Reihe ge  schalteten     Niedrigspannungseinheiten,    welche bisher  oft zur Erzielung hoher Spannungsfestigkeit verwen  det wurden. Man kann deshalb kleinere Einheiten       verwenden;    die Herstellung     wird    dadurch vereinfacht,  das Risiko von     Versagern    herabgesetzt und eine be  deutende Material- und     Zeitersparnis    erreicht.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Elektrolyt-Kondensator mit flüssigem nichtwässe rigem Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt N,N-Dimethylformamid als Lösungsmittel und eine in diesem gelöste innenliefernde Substanz enthält. UNTERANSPRÜCHE 1. Kondensator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt als innenliefernde Substanz Ammoniumborat enthält. 2. Kondensator nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elek trolyt 0,2 Gew 19/o Ammoniumpentaborat als innen liefernde Substanz enthält.
CH359785D 1956-05-14 1957-05-14 Elektrolyt-Kondensator mit flüssigem Elektrolyt CH359785A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1263932B (de) * 1963-11-21 1968-03-21 Canadian Patents Dev Elektrolyt fuer Elektrolytkondensatoren mit mindestens einer Aluminiumelektrode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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