CH503361A - Electrolyte for electrolytic condensers - containing dicarboxylic acids - Google Patents
Electrolyte for electrolytic condensers - containing dicarboxylic acidsInfo
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Abstract
Electrolyte for condensers with aluminium electrodes, which can be used in a wide range of temps. (-55 degrees to + 100 degrees C), consists of an aqs. soln. of a dicarboxylic acid, such as adipic acid, with addition of phosphonic acid or a phosphate. The evolution of gases depends on the phosphate concentration (decreases with the latter), but is lower than in the case of conventional electrolytes.
Description
Elektrolytkondensator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator mit Aluminiumelektrode.
Als Elektrolyten in solchen Kondensatoren verwendet man gewöhnlich ein Gemisch aus einer organischen und einer anorganischen Säure, wie Borsäure, in Wasserlösung zusammen mit Ammoniak und Glykol, wobei der Hauptzweck des letztgenannten Elementes darin liegt, den Gefrierpunkt des Elektrolyten herabzusetzen.
Kondensatoren mit einem Elektrolyten dieser Zu- sammensetzung haben jedoch den Nachteil, dass sie nur innerhalb leines begrenzten Temperaturbereiches zufrie densteliend arbeiten. Bei niedrigen Temperaturen hat der Elektrolyt gewöhnlich einen zu hohen Widerstand, und hinsichtlich dieser Tatsache ist es wichtig, festzustellen, dass alle Massnahmen, die zur Herabsetzung des Widerstandes ergriffen werden können, wie eine Erhöhung des Wassergehaltes und der Zusatz von Alkali, eine Verschlechterung des Kondensators bei hohen Temperaturen ergeben. Bei hohen Temperaturen wird die dielektrische Schicht durch den Elektrolyten angegriffen, was lan der Gasbildung zu erkennen ist.
Auch ohne die oben erwähnten Massnahmen kann die Gasbil- dung von einer solchen Grösse sein, dass besondere konstruktive Massnahmen ergriffen werden müssen, um einen Gasauslass zu schaffen, damit ein Zerplatzen des Kondensatorgehäuses vermieden wird.
Bei einer bekannten Elektrolytzusammensetzung wird die Gasbildung vermieden. Dieser Elektrolyt besteht aus einem Gemisch von Borsäure, Glykol und Ammoniak mit einem Zusatz von Phosphorsäure oder einem Phosphat. Kondensatoren mit diesem Elektrolyten sind jedoch bei niedrigen Temperaturen nicht brauchbar, besonders weil der spezifische Widerstand dieses Elektrolyten ziemlich hoch ist, und zwar in der Grössenordnung von 5000 Ohmem bei Raumtemperatur.
Die Erfindung betrifft einen Elektrolytkondensator mit Aluminiumeiektrode, der sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen arbeiten soll und einen verhältnismässig niedrigen spezifischen Widerstand aufweist. Der darin verwendete Elektrolyt ist von der gleichen Art wie die oben erwähnten Elektrolyten und enthält infolgedessen eine organische Säure in Wasserlösung zusammen mit einem Zusatz von Phosphorsäure oder einem Phosphat als Elektrolyt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die organische Säure eine Dicarbonsäure ist, und die Konzentration der Phosphationen, berechnet als PO 1 zwischen 0,01 Gew. /o und 1 Gew. /o des Elektrolyten beträgt.
Es ist Ibequem, den Elektrolyten mit Hilfe von Ammoniak auf einen pH-Wert zwischen 4 und 9 zu neutralisieren. Ein Beispiel der Zusammensetzung des Elektrolyten gemäss der Erfindung ist wie folgt.
Adipinsäure 81 g Ammoniak 70 ml Glykol 110 mi Wasser 250 ml Diammoniumphosphat 0,2 g
Dieser Elektrolyt hat einen spezifischen Widerstand von 25 Ohmcm bei Raumtemperatur und gibt einen Kondensator, der vorteilhaft im Temperaturbereich zwischen -55 0C und + 100 0C verwendet werden kann.
Hinsichtlich des Phosphatgehalts ist zu bemerken, dass gewisse Aluminiumoxydschichten Phosphationen stark absorbieren, und es ist deshalb notwendig, mit einem ausreichenden Überschuss an Phosphat für diese Absorption zu rechnen, wenn über die Zusammensetzung des Elektrolyten entschieden wird, sodass die Zusammensetzung des Elektrolyten im Arbeitszustand des Kondensators richtig ist.
Der Einfluss Ides Phosphatgehalts auf die Gasbildung wird in der Figur der beiliegenden Zeichnung gezeigt, in der Kurven der Gasbildung bei einer Aluminiumfolie zu sehen sind, die in Elektrolyte mit unterschiedlicher Konzentration Ides Phosphats eingetaucht ist Eine geätzte Folie in der Grösse von 1 dm2 aus Aluminium mit einer Reinheit von 99,99 /o wurde in verschiedene Bäder des Elektrolyten mit einer Zusammensetzung gemäss dem oben gegebenen Beispiel und mit verschiedener Phosphatkonzentration getaucht. Die Temperatur,des Elektrolyten wurde auf 85 OC gehalten, und das gebildete Gas wurde gesammelt und in regelmässigen Zeitabständen gemessen. Auf der X-Achse ist die Zeit in Stunden aufgetragen, und auf der Y-Achse ist das Volumen des Gases in ml angegeben.
Die Prozentzahlen an den Kurven beziehen sich auf die Phosphatkonzentration in jedem einzelnen Fall. Die gerade Linie B bezieht sich auf einen Elektrolyten, der Borsäure in Aethylglykol und mit Ammoniak neutralisiert enthält. Der spezifische Widerstand des Elektrolyten beträgt 550 Ohmcm. Die Kurven A betreffen die Elektrolyte gemäss der Erfindung.
Wie die Kurven zeigen, wird die geringste Gasbildung bei einer PO Konzentration von etwa 0,05 Gew.O/o erzielt, doch schon eine Konzentration von 0,01 Gew. /o ergibt leine geringere Gasbildung als der herkömmliche Ammoniumborat-Elektrolyt, und dies ist auch der Fall bei einer PO Konzentration von
4 0,5 Gew.O/o und darüber.
Electrolytic capacitor
The present invention relates to an electrolytic capacitor with an aluminum electrode.
The electrolyte used in such capacitors is usually a mixture of an organic and an inorganic acid, such as boric acid, in water solution together with ammonia and glycol, the main purpose of the latter element being to lower the freezing point of the electrolyte.
However, capacitors with an electrolyte of this composition have the disadvantage that they only work satisfactorily within a limited temperature range. At low temperatures the electrolyte usually has too high a resistance, and in view of this it is important to note that any measures that can be taken to reduce the resistance, such as increasing the water content and adding alkali, deteriorate the capacitor result at high temperatures. At high temperatures, the dielectric layer is attacked by the electrolyte, which can be recognized by the formation of gas.
Even without the above-mentioned measures, the gas formation can be of such magnitude that special design measures have to be taken to create a gas outlet so that the capacitor housing does not burst.
With a known electrolyte composition, gas formation is avoided. This electrolyte consists of a mixture of boric acid, glycol and ammonia with an addition of phosphoric acid or a phosphate. However, capacitors with this electrolyte cannot be used at low temperatures, especially because the specific resistance of this electrolyte is quite high, in the order of magnitude of 5000 ohms at room temperature.
The invention relates to an electrolytic capacitor with an aluminum electrode which is intended to work at both low and high temperatures and has a relatively low specific resistance. The electrolyte used therein is of the same kind as the above-mentioned electrolytes and consequently contains an organic acid in water solution together with an addition of phosphoric acid or a phosphate as an electrolyte. The invention is characterized in that the organic acid is a dicarboxylic acid and the concentration of the phosphate ions, calculated as PO 1, is between 0.01 wt / o and 1 wt / o of the electrolyte.
It is convenient to use ammonia to neutralize the electrolyte to a pH between 4 and 9. An example of the composition of the electrolyte according to the invention is as follows.
Adipic acid 81 g ammonia 70 ml glycol 110 ml water 250 ml diammonium phosphate 0.2 g
This electrolyte has a specific resistance of 25 Ohmcm at room temperature and provides a capacitor that can be used advantageously in the temperature range between -55 ° C. and + 100 ° C.
With regard to the phosphate content, it should be noted that certain aluminum oxide layers strongly absorb phosphate ions, and it is therefore necessary to take into account a sufficient excess of phosphate for this absorption when deciding on the composition of the electrolyte, so that the composition of the electrolyte in the working state of the capacitor correct is.
The influence of Ide's phosphate content on the gas formation is shown in the figure of the accompanying drawing, in which curves of the gas formation can be seen in an aluminum foil that is immersed in electrolytes with different concentrations of Ide's phosphate.An etched foil of 1 dm2 made of aluminum with a purity of 99.99 / o was immersed in different baths of the electrolyte with a composition according to the example given above and with different phosphate concentrations. The temperature of the electrolyte was kept at 85 ° C., and the gas formed was collected and measured at regular time intervals. The time in hours is plotted on the X-axis and the volume of the gas is given in ml on the Y-axis.
The percentages on the curves relate to the phosphate concentration in each individual case. The straight line B refers to an electrolyte that contains boric acid in ethyl glycol and neutralized with ammonia. The specific resistance of the electrolyte is 550 Ohmcm. The curves A relate to the electrolytes according to the invention.
As the curves show, the lowest gas formation is achieved at a PO concentration of about 0.05 wt / o, but a concentration of 0.01 wt / o results in less gas formation than the conventional ammonium borate electrolyte, and this is also the case with a PO concentration of
4 0.5 o / o by weight and above.
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