DE1158635B

DE1158635B - Elektrolyt fuer Elektrolytkondensatoren

Info

Publication number: DE1158635B
Application number: DET20680A
Authority: DE
Inventors: Hubertus K Bub; Karl Gottschaemmer; Hans Spiess
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1961-08-31
Filing date: 1961-08-31
Publication date: 1963-12-05

Description

Elektrolyt für Elektrolytkondensatoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolyten für Elektrolytkondensatoren mit niedrigem spezifischem Widerstand und einem mittels stickstoffhaltiger Kationen einstellbaren pH-Wert unter 7 bzw. annähernd neutralem Charakter, bestehend aus zwei anorganischen Säuren bzw. deren Reaktionsprodukten, die in einer Mischung aus einem mehrwertigen Alkohol und Wasser gelöst sind.
Bei der Herstellung von Niedervoltelektrolytkondensatoren ist es schwierig, einen guten tan 8 zu erhalten, da bei der geringen Schichtdicke die Kapazität bereits mehrere Mikrofarad pro Quadratzentimeter beträgt und der als Belegung und Zuleitung des Kondensators dienende Elektrolyt durch seinen Eigenwiderstand zwangsläufig den tan 8 wesentlich bestimmt.
Die Zusammenstellung niederohmiger elektrolytischer Lösungen an sich bereitet keine großen Schwierigkeiten; jedoch sind diese Lösungen für den Kondensatorbau völlig unbrauchbar, weil das für Elektrolytkondensatoren verwendete Aluminium, das von ionogenen Substanzen sehr leicht angegriffen wird, bei diesen Elektrolyten sehr rasch korrodiert und der Kondensator zerstört wird.
Es ist bekannt, daß Borsäure als kaum korrodierender Elektrolyt verwendbar ist, jedoch ist sie sehr hochohmig. Auch andere bekannte Elektrolyte, die nicht aggressiv sind, haben den Nachteil, daß sie zu hohe Widerstandswerte aufweisen.
Weiterhin ist es bekannt, einen Elektrolyten herzustellen, der jedoch bei Raumtemperatur pastenartig und erst bei 100°C eine dünne trübe Lösung von kleinem spezifischem Widerstand darstellt. Hierdurch wird das Imprägnieren bei Raumtemperatur praktisch nicht einwandfrei möglich, oder es muß bei erhöhter Temperatur vorgenommen werden.
Außerdem ist ein niederohmiger Elektrolyt bekannt, dem zwecks Unterbindung einer Aluminiumhydroxydbildung ein Silikat zugesetzt ist. Elektrolytkondensatoren mit einem derartigen Elektrolyten besitzen einen relativ hohen Reststrom, der außerdem noch bei Belastung unter erhöhter Temperatur stark, z. B. mehr als eine Zehnerpotenz, zunimmt.
Demgegenüber ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß er außer mindestens zwei anorganischen Säuren noch mindestens eine organische Säure und/oder Reaktionsprodukte derselben mit zumindest einem der übrigen Bestandteile des Elektrolyten enthält.
Ein derartiger Elektrolyt ist noch bei Raumtemperatur flüssig und ist bis zu tiefen Temperaturen gegenüber den bekannten Elektrolyten noch verhältnismäßig niederohmig. Der Widerstand beträgt bei Raumtemperatur etwa 20 bis 100 S2 - cm, vorzugsweise 30 bis 50 S2 -cm. Ein mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten hergestellter Kondensator zeigt außerdem ein recht gutes Reststromverhalten, das bei erhöhter Temperatur noch etwa in derselben Größenordnung liegt. Der Kondensator ist außerdem gut formierbar und besitzt einen geringen Verlustwinkel. Er zeigt auch einwandfreie Funktion bei tiefen Temperaturen.
In der nachfolgenden Beschreibung sind Einzelheiten einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dargelegt und in der Zeichnung das Verhalten eines erfindungsgemäßen Elektrolyten gegenüber einem bekannten in einem Diagramm veranschaulicht.
Als anorganische Säuren eignen sich vor allem Bor-und Phosphorsäure. Die Verwendung von Borsäure und auch von Phosphorsäure bei Elektrolyten ist an sich bekannt. Jedoch lassen sich weder mit der einen noch mit der anderen Säure allein brauchbare, niederohmige Elektrolyte herstellen. In verdünnter Form wirken die Säuren korrosiv auf Aluminium, und konzentriert sind sie wieder hochohmig.
Als organische Säuren lassen sich im Prinzip alle verwenden, die möglichst stark dissoziieren; jedoch ist solchen organischen Säuren der Vorzug zu geben, die bei Normalbedingungen in. flüssigem Zustand vorliegen, weil dadurch die Gefahr der Kristallisation besonders gering ist.
Es hat sich nämlich als günstig für die Stabilität der Kondensatoren mit dem neuen Elektrolyten erwiesen, die Molekularkonzentration des Systems so hoch zu halten, daß sie bei der niedrigsten Betriebstemperatur gerade unter der Kristallisationsgrenze liegt.
Als organische Säuren lassen sich beispielsweise Essigsäure, Propion-, Butter- oder Phenylessigsäure verwenden oder auch Oxycarbonsäuren wie Milch-, Mandel-, Äpfel- und Weinsäuren, es ist ferner die Verwendung von ungesättigten Säuren (z. B. Sorbinsäure) denkbar oder der Einsatz von Carbonsäuren heterocyclischer Verbindungen, wie beispielsweise Pyridincarbonsäuren.
Als. Kation werden nur solche Ionen verwendet, die stickstoffhaltig sind, d. h. keine Metallionen. Als Kationbildner kommt vor allem Ammoniak in Frage, dieser kann aber auch ganz oder teilweise durch organische Amine ersetzt werden, wie z. B. Äthylendiamin, oder cyclische Verbindungen wie Aminopyridine, Chinolin, Pyrimidin oder Piperidin.
Als Lösungsmittel für den neuen Elektrolyten eignen sich alle sonst für Elektrolyte bekannten Substanzen, beispielsweise Glykol, Glycerin, Sorbit, Mannit oder andere mehrwertige Alkohole oder deren Homologe. Auch ungesättigte Alkohole wie Allylalkohol sind verwendbar.
Als Beispiel für einen Elektrolyten nach der Erfindung sei folgende Zusammensetzung angegeben: 113,0 g Glycol, 23,0 g Borsäure, 19,0 g Phosphorsäure, 108,0 g destilliertes Wasser, 124,0 g Essigsäure, 124,0 g Ammoniak.
Diese Bestandteile werden kalt zusammengemischt und auf 110°C erwärmt. Der angegebene Elektrolyt hat einen pH-Wert von 5,6 und einen Widerstand von 30 0 - cm.
Es wurde gefunden, daß es günstig ist, wenn der Anteil jeder anorganischen Säure etwa 25 °/o des Alkoholgehaltes ausmacht.

Die mit diesem Elektrolyten gefertigten Kondensatoren zeigen bei einer Betriebsspannung von 3/4 V nachstehend aufgeführte Werte:

Reststrom nach

Kapazität tan 8 Reststrom Wärme-

deformation

(@tF) (°/o) (ßA) (@tA)

1. 32,2 10,5 1,0 1,0

2. 32,0 10,0 <1 3,5

3. 30,5 10,0 1,0 4,0

4. 31,3 10,5 < 1 3,5

5. 30,0 10,0 <1 3,5

Als Gegenüberstellung ist im folgenden das Ver. halten bekannter Elektrolytkondensatoren angegeben:

Reststrom nach
Kapazität tan 8 Reststrom Wärme-
deformation
(uF) (°lo) (VA) (tzA)
1. 36,5 14,0 <1 15,5
2. 35,2 14,0 1,0 17,5
3. 34,2 14,0 1,0 19,5
4. 35,2 15,0 1,0 16,0
5. 35,5 14,5 1,0 17,0

Das in der Zeichnung dargestellte Diagramm zeigt die Kapazitätsabweichung und die Verlustwinkeländerung in Abhängigkeit von der Temperatur. Die geschlossene Linie gilt für den Elektrolyten nach der Erfindung, die unterbrochene für bekannte. Diesem Diagramm ist eindeutig zu entnehmen, daß der neue Elektrolyt den bekannten bezüglich des Kälteverhaltens überlegen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrolyt für Elektrolytkondensatoren mit niedrigem spezifischem Widerstand und einem mittels stickstoffhaltiger Kationen einstellbaren pH-Wert unter 7 bzw. annähernd neutralem Charakter, bestehend aus zwei anorganischen Säuren bzw. deren Reaktionsprodukten, die in einer Mischung aus einem mehrwertigen Alkohol und Wasser gelöst sind, dadurch gekennzeichnet, daß er außer mindestens zwei anorganischen Säuren noch mindestens eine organische Säure und/oder Reaktionsprodukte derselben mit zumindest einem der übrigen Bestandteile des Elektrolyten enthält.
2. Elektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Säuren solche verwendet sind, die bei Normalbedingungen flüssig sind.
3. Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration so gewählt ist, daß sie hart unter der Kristallisationsgrenze liegt, aber bei Betriebsbedingungen nicht überschritten werden kann.
4. Elektrolyt nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil jeder anorganischen Säure etwa 250/, der zugesetzten Alkoholmenge ausmacht.
5. Elektrolyt nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Säuren Borsäure und Phosphorsäure, als organische Säure Essigsäure und als Alkohol Glykol Verwendung findet.
6. Elektrolyt nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 1 Teil Glykol, etwa 0,25 Teilen Borsäure und etwa 0,25 Teilen Phosphorsäure, etwa 1 Teil Essigsäure, etwa 1 Teil Ammoniak und etwa 1 Teil destilliertem Wasser besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 755 147; USA.-Patentschrift Nr. 2 890 394.