DE1107828B

DE1107828B - Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE1107828B
Application number: DEN14743A
Authority: DE
Inventors: Joannes Wilhelmus Andr Scholte
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1957-03-05
Filing date: 1958-03-01
Publication date: 1961-05-31

Description

Elektrolytkondensator Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolytkondensator, der eine Anode, auf der durch elektrolytische Oxydation eine dielektrische Oxydhaut erzeugt ist, einen Elektrolyten und eine Kathode enthält.
Zwischen der Kathode und dem Elektrolyten ergibt sich im Betrieb eine Übergangsimpedanz, welche die Güte des Kondensators nachteilig beeinflußt, wenn der Übergangswiderstand hoch und die übergangskapazität niedrig ist. Dies führt nicht nur zu einem hohen Reihenwiderstand, sondern auch zu einer Verringerung der Kapazität und einer starken Frequenzabhängigkeit des Kondensators.
Diese Erscheinung tritt insbesondere bei Elektrolytkondensatoren geringer Abmessungen auf, die mit einer Anode aus Tantal oder Niobium versehen sind. Bei diesen Bauarten, bei denen die Anodenoberfläche zum Erzielen einer hohen Kapazität vielfach durch besondere Maßnahmen bei der Herstellung vergrößert wird, weist die Kathode, die als Gefäß für den Elektrolyten ausgebildet sein kann, eine verhältnismäßig geringe Oberfläche auf, was das Auftreten einer störenden Kathodenimpedanz zur Folge hat.
Es wurden bereits verschiedenartige Vorschläge gemacht, um diesem Nachteil zu begegnen. Es ist beispielsweise bereits bekannt, eine Verbesserung dadurch zu erzielen, daß die Oberfläche der Kathode durch Ätzen vergrößert wird. Das Ätzen der Materialien, die bei Elektrolytkondensatoren mit einer Tantal- oder Niobiumanode für die Kathode Verwendung finden, beispielsweise Silber oder Nickel, ergibt jedoch im allgemeinen keine genügende Oberflächenvergrößerung. Weiter hat man versucht, das Auftreten einer störenden Kathodenimpedanz dadurch zu verringern, daß die Kathodenoberfläche mit Metallen oder nichtmetallischen Stoffen, wie beispielsweise Kohlenstoff oder Silizium, überzogen wurde. Mit diesem Verfahren wurden jedoch keine besonders guten Ergebnisse erzielt. Schließlich wurde noch vorgeschlagen, die Kathode mit Lackschichten zu überziehen, die feinverteilte leitende Stoffe, wie beispielsweise Metalle, Oxyde oder Sulfide, enthalten. Solche Lackschichten weisen jedoch einen verhältnismäßig hohen Widerstand auf und verursachen einen hohen Reihenwiderstand des Kondensators.
Gemäß der Erfindung wird das Auftreten einer störenden Kathodenimpedanz bei einem Elektrolytkondensator mit einer eine dielektrische Oxydschicht tragenden Tantal- oder Niobiumanode dadurch verringert, daß das Metall der Kathode oberflächlich in eine im Elektrolyten nicht lösliche Verbindung dieses Metalls mit dem im Elektrolyten enthaltenen Anion umgewandelt ist.
Es kann bei der Anwendung einer Lösung eines Halogenides, beispielsweise Li Cl oder K J, als Elektrolyt eine Silberkathode oberflächlich in AgCI oder AgJ und bei der Anwendung eines Phosphorsäureelektrolyten eine Kathode aus Silber oder Nickel oberflächlich in Phosphat umgewandelt werden. Im allgemeinen genügen Kathodenüberzüge mit einer Dicke von einigen zehn Mikron für die angestrebte Verbesserung. Die Anwendung dickerer Schichten führt zu einer unnötigen Erhöhung des übergangswiderstandes an der Kathode und somit des Reihenwiderstandes des Kondensators.
Die Kathode kann durch chemische oder elektrolytische Behandlung mit der verlangten Schicht versehen werden. Es kann beispielsweise eine Silberkathode durch Reaktion mit einer Jodlösung mit AgJ überzogen werden. Das Phosphatieren der Kathode kann elektrolytisch durchgeführt werden, indem das Metall als Anode in eine Phosphorsäurelösung gebracht wird.
Der Kathodenüberzug gemäß der Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Schichten sehr gut haften und bei geringer Dicke eine erhebliche Verbesserung der Eigenschaften des Kondensators ergeben, wie nachstehend an Hand einiger Beispiele gezeigt wird. Beispiel l Ein Elektrolytkondensator enthält eine Silberkathode, eine Tantalanode und einen Elektrolyten. Die Kathode besteht aus einem Silberröhrchen mit einem Durchmesser von 3,5 mm und einer Länge von 6,5 mm und die Anode aus einem Stäbchen aus porös gesintertem Tantalpulver mit einem Durchmesser von 1,5 mm und einer Länge von 5 mm, das elektrolytisch bis auf eine Spannung von 8,5 V oxydiert ist. Als Elektrolyt findet eine angenähert gesättigte KJ-Lösung Verwendung.
Ein auf diese Weise hergestellter Elektrolytkondensator besitzt bei 50 Hz einen Reihenwiderstand von 13 Q. und eine Reihenkapazität von 15 uF, die bei 5000 Hz auf 2,3 f2 bzw. 10 uF abfallen.
Wird ein silbernes Kathodenröhrchen 1/2 Stunde bei 50 C mit einer Lösung von 2 g Jod in 5 cm3 einer zu drei Viertel gesättigten KJ-Lösung behandelt, so wird die Kathodenoberfläche in AgJ umgesetzt. Ein Kondensator, der mit diesem Kathodenröhrchen versehen und im übrigen auf gleiche Weise aufgebaut ist, besitzt bei 50 Hz einen Reihenwiderstand von 6,5 Q und eine Reihenkapazität von 18 RF, die bei 5000 Hz auf 1,6 a bzw. 14 uF abfallen.
Durch die Behandlung der Kathode gemäß der Erfindung ergibt sich also ein Kondensator mit niedriger Frequenzabhängigkeit und niedrigem Reihenwiderstand. Beispiel 1I Zwei Nickelplatten von je 7 cm= werden 2 Stunden lang mit einer Stromdichte von 200 mA/cm2 elektrolytisch in einer 5%-Phosphorsäurelösung phosphatiert.
Dann wird die Impedanz zwischen diesen Platten und zwischen zwei nichtphosphatierten Platten in einem 500!o-Phosphorsäureelektrolyten bei einer Wechselspannung von etwa 100 mV gemessen. Infolge der hohen Leitfähigkeit des Phosphorsäureelektrolyten ist die Anordnung der Platten in Bezug aufeinander und ihr Abstand voneinander von geringer Bedeutung für das Ergebnis der Messung. Es ergibt beispielsweise eine Anordnung der Platten parallel zueinander oder in einer Ebene miteinander keine merklichen Unterschiede.
Auf diese Weise wurde der doppelte Wert der Impedanz, der sich an den Nickelplatten im Phosphorsäureelektrolyten ergibt, gemessen. Die phosphatierten Platten weisen bei einer Frequenz von 50 bzw. 1000 Hz eine Kapazität von 210 bzw. 150 uF und einen Widerstand von 4,5 bzw. 19 auf, während bei den nicht behandelten Platten die Kapazität 70 bzw. 40 uF und der Widerstand 21 bzw. 1 a beträgt. Hieraus geht hervor, daß durch die Phosphatierung die Kapazität erhöht, der Widerstand herabgesetzt und die Frequenzabhängigkeit verringert wird. Folglich wird bei der Anwendung phosphatierten Nickels als Kathode in einem Elektrolytkondensator der störende Einfluß der Kathodenimpedanz erheblich verringert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrolytkondensator mit einer eine dielektrische Oxydschicht tragenden Tantal- oder Niobiumanode, einem Elektrolyten und einer Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Kathode oberflächlich in eine im Elektrolyten nicht lösliche Verbindung dieses Metalls mit dem im Elektrolyten enthaltenen Anion umgewandelt ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der aus Silber bestehenden Kathode in ein Halogenid umgewandelt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 160 742; USA.-Patentschriften Nr. 1714 319, 2 461410.