DE10104573C1 - Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator, Kondensator mit dem Betriebselektrolyten und Verwendung des Kondensators - Google Patents

Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator, Kondensator mit dem Betriebselektrolyten und Verwendung des Kondensators

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Betriebselektrolyten für einen Elektrolyt-Kondensator, der neben Ethylenglykol noch 1 bis 10 Gew.-% einer derivatisierten aromatischen Karbonsäure umfaßt. Ferner betrifft die Erfindung einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit dem erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Kondensators. Der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt zeichnet sich durch eine verbesserte Funkenspannung aus und erlaubt den Betrieb des erfindungsgemäßen Kondensators bei Spannungen bis zu 530 V.

Description

Die Erfindung betrifft einen Betriebselektrolyten für einen Aluminium-Elektrolyt-Kondensator, der Ethylenglykol enthält. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Aluminium-Elek­ trolyt-Kondensator mit dem Betriebselektrolyten. Ferner be­ trifft die Erfindung die Verwendung des Aluminium-Elektrolyt- Kondensators.
Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren sind aufgebaut als Schichtstapel aus einer Kathodenfolie, die beispielsweise ei­ ne dünne, aufgerauhte Al-Folie mit einer Dicke zwischen 20 und 50 µm sein kann, und einer Anodenfolie, die beispielswei­ se eine ca. 100 µm dicke, aufgerauhte Al-Folie sein kann und die eine dielektrisch wirksame Oxidschicht aufweist, die durch elektrochemische Verfahren direkt auf der Folie aufge­ bracht ist. Auch die Kathodenfolie weist eine dünne, ca. 1,5- 3 nm dicke Oxidschicht auf. Der Schichtstapel liegt üblicher­ weise in Form eines auf einen Dorn gewickelten Wickels vor, der in einen Aluminiumbecher eingebaut ist.
Zwischen den Folien befindet sich eine ein- oder mehrlagige Papierschicht, die mit dem Betriebselektrolyten imprägniert wird. Dieser Betriebselektrolyt stellt die eigentliche Katho­ de dar.
Es sind Betriebselektrolyten der eingangs genannten Art be­ kannt, die zusätzlich Ammoniumbenzoat enthalten. In der Pa­ tentschrift DE 693 04 732 T2 ist ein Elektrolyt offenbart, der Benzoesäure oder deren Ammoniumsalze und weitere alipha­ tische Di- oder Tricarbonsäuren zusammen mit Lösungsmitteln, die Ethylenglykol und andere Alkohole umfassen, enthält. Die­ se Betriebselektrolyten haben den Nachteil, daß sie eine niedrige Funkenspannung von etwa 300 V aufweisen. Dadurch sind die mit den bekannten Betriebselektrolyten hergestellten Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren nicht für den Betrieb bei höheren Spannungen geeignet.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Betrieb­ selektrolyten für Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren bereit­ zustellen, der eine hohe Funkenspannung aufweist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen Betriebselektro­ lyten nach Anspruch 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit dem er­ findungsgemäßen Betriebselektrolyten sowie die Verwendung des Aluminium-Elektrolyt-Kondensators sind den weiteren Ansprü­ chen zu entnehmen.
Die Erfindung gibt einen Betriebselektrolyten an mit einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 1.
Neben diesen wesentlichen Bestandteilen kann der erfindungs­ gemäße Betriebselektrolyt noch geringe Mengen weiterer Be­ standteile enthalten, die die gewünschten Eigenschaften des Elektrolyten nicht beeinträchtigen.
Der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt hat den Vorteil, daß durch den Austausch des Ammoniumbenzoats gegen eine Substanz, die derivatisierte aromatische Karbonsäuren umfaßt, eine hö­ here Funkenspannung erzielt werden kann.
Darüber hinaus ändert sich trotz der erhöhten Funkenspannung die Leitfähigkeit des Betriebselektrolyten nur unwesentlich.
Es ist darüber hinaus ein Betriebselektrolyt für Aluminium- Elektrolyt-Kondensatoren gemäß Anspruch 2 besonders vorteilhaft.
Neben diesen wesentlichen Bestandteilen kann der erfindungs­ gemäße Betriebselektrolyt noch geringe Mengen weiterer übli­ cher Bestandteile enthalten, die die gewünschten Eigenschaf­ ten des Elektrolyten nicht beeinträchtigen.
Es ist darüber hinaus besonders vorteilhaft, die derivati­ sierten aromatischen Karbonsäuren aus einer Substanzgruppe auszuwählen, welche substituierte Zimtsäuren und Ammonium- Trans-4-Phenyl-3-Butenat umfaßt.
Als substituierte Zimtsäuren kommen dabei insbesondere Ammo­ niumzimtat, Ammonium-o-Methylzimtat, Ammonium-p-Methylzimtat, Ammonium-α-Methylzimtat und Ammonium-4-Hydroxyzimtat in Be­ tracht.
Ferner gibt die Erfindung einen Aluminium-Elektrolyt- Kondensator an, bei dem der Elektrolyt der erfindungsgemäße Betriebselektrolyt ist. Der Kondensator weist einen Schicht­ stapel mit einer Anodenschicht und einer Kathodenschicht auf. Zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht ist eine mit dem Elektrolyten getränkte Trennschicht angeordnet. Auf ihren der Trennschicht zugewandten Seiten weisen die Anoden- und die Kathodenschicht jeweils eine Oxidschicht auf. Die An­ odenschicht und die Kathodenschicht bestehen aus Aluminium, während die Oxidschichten aus Aluminiumoxid bestehen.
Der erfindungsgemäße Aluminium-Elektrolyt-Kondensator hat den Vorteil, daß er aufgrund der Verwendung des erfindungsgemäßen Betriebselektrolyten mit hoher Funkenspannung bei einer hohen Betriebsspannung betrieben werden kann.
Ferner gibt die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemä­ ßen Aluminium-Elektrolyt-Kondensators bei einer Betriebsspan­ nung zwischen 100 und 530 V an. Insbesondere bei Verwendung von Ammonium-Trans-4-Phenyl-3-Butenat als derivatisierte aro­ matische Karbonsäure kommt die Verwendung des erfindungsgemäßen Kondensators bei einer Betriebsspannung von bis zu 530 V in Betracht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und der dazugehörigen Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt beispielhaft den Kondensatorwickel eines er­ findungsgemäßen Aluminium-Elektrolyt-Kondensators im schema­ tischen Querschnitt.
Der Kondensatorwickel des erfindungsgemäßen Elektrolyt- Kondensators besteht aus einer Anodenschicht 1, die an ihrer Oberseite eine Anoden-Oxidschicht 4 aufweist. Die Anoden­ schicht 1 ist eine Aluminiumfolie von ca. 50-120 µm Dicke. Die Anoden-Oxidschicht 4 besteht aus Aluminiumoxid und weist eine Dicke zwischen 0,05 und 2 µm auf.
Über der Anoden-Oxidschicht 4 ist eine Trennschicht 3 ange­ ordnet. Die Trennschicht 3 hat eine Dicke zwischen 30 und 200 µm und besteht vorzugsweise aus Papier. Über der Trenn­ schicht 3 ist eine Kathodenschicht 2 angeordnet, die auf ih­ rer der Trennschicht 3 zugewandten Seite eine Kathoden- Oxidschicht 5 aufweist. Die Trennschicht 3 ist mit dem erfin­ dungsgemäßen Betriebselektrolyten getränkt.
Die Kathodenschicht 2 besteht aus Aluminium und weist eine Dicke zwischen 20 und 60 µm auf. Die Kathoden-Oxidschicht 5 besteht aus Aluminiumoxid und weist eine Dicke zwischen 1,5 und 3 nm auf. Die Anodenschicht 1 und die Kathodenschicht 2 sind jeweils mit einem Kondensatoranschluß 6 elektrisch lei­ tend verbunden.
Der in der Figur gezeigte Schichtstapel liegt üblicherweise in Form eines auf einen Dorn gewickelten Wickels vor, der in einen Aluminiumbecher eingebaut ist.
In der folgenden Tabelle 1 werden sechs verschiedene erfin­ dungsgemäße Ausführungsbeispiele eines Betriebselektrolyten (B2 bis B7) einem bekannten Betriebselektrolyten (B1) hin­ sichtlich ihrer Zusammensetzung, ihrer Leitfähigkeit und ih­ rer Funkenspannung gegenübergestellt.
Tabelle 1
Zusammensetzung verschiedener Betriebselektrolyten
Die Ausführungsbeispiele zeigen, daß durch das Ersetzen von Ammoniumbenzoat durch eine derivatisierte aromatische Karbonsäure die Funkenspannung teils beträchtlich erhöht werden kann. Gleichzeitig verändert sich die Leitfähigkeit nur we­ nig, sie sinkt gegenüber dem bekannten Betriebselektrolyten (B1) etwas ab.
Insbesondere der Betriebselektrolyt gemäß B2, B4 und B7 zeigt eine deutlich erhöhte Funkenspannung und erlaubt die Verwen­ dung eines damit hergestellten Aluminium-Elektrolyt- Kondensators bei entsprechend erhöhten Betriebsspannungen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielhaft ge­ zeigten Ausführungsformen, sondern wird in ihrer allgemein­ sten Form durch Patentanspruch 1 und Patentanspruch 5 defi­ niert.

Claims (5)

1. Betriebselektrolyt für einen Aluminium-Elektrolyt- Kondensator mit:
  • a) 70-99 Gew.-% Ethylenglykol
  • b) 1-20 Gew.-% einer Substanz, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, die folgende Carbonsäuren und Carbonsäu­ resalze umfaßt:
    am Phenylring substituierte Zimtsäuren und ihre Ammo­ niumsalze,
    Zimtsäure und das entsprechende Ammoniumsalz,
    α-Methylzimtsäure und ihr Ammoniumsalz,
    trans-4-Phenyl-3-butensäure und ihr Ammoniumsalz.
2. Betriebselektrolyt nach Anspruch 1 mit:
90-99 Gew.-% Komponente a), und
1-10 Gew.-% Komponente b).
3. Betriebselektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die am Phenylring substituierten Zimtsäuresalze Ammonium-o-Methylzimtat, Ammonium-p-Methylzimtat oder Am­ monium-4-Hydroxyzimtat umfassen.
4. Aluminium-Elektrolyt-Kondensator mit einem Betriebselek­ trolyten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der einen Kondensatorwickel mit einer Anoden- (1) und ei­ ner Kathodenschicht (2) sowie einer dazwischenliegenden, mit dem Betriebselektrolyten getränkten Trennschicht (3) aufweist, und bei dem die Anoden- (1) und die Kathoden­ schicht (2) auf ihrer der Trennschicht (3) zugewandten Seite jeweils eine Oxidschicht (4, 5) aufweisen.
5. Verwendung eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators nach Anspruch 4 für Betriebsspannungen zwischen 100 und 530 V.
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