DE1190578B - Electrolyte for electrolytic capacitors - Google Patents
Electrolyte for electrolytic capacitorsInfo
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Description
Elektrolyt für Elektrolytkondensatoren Die Erfindung betrifft einen verbesserten Elektrolyten für Elektrolytkondensatoren, der N,N-Dimethylformamid und ein Ammoniumborat enthält.Electrolyte for electrolytic capacitors The invention relates to a improved electrolytes for electrolytic capacitors, the N, N-dimethylformamide and contains an ammonium borate.
Aufgabe der Erfindung ist ein wasserfreier Elektrolyt, mit dem man Elektrolytkondensatoren herstellen kann, die beim Betrieb bei hohen Spannungen einen Temperaturbereich von etwa -55 bis -#-125'C und eine verbesserte Lebensdauer aufweisen sowie in dem angegebenen Temperaturbereich ihre Kapazität und ihren ohmschen Widerstand wenig ändern.The object of the invention is an anhydrous electrolyte with which electrolytic capacitors can be produced which, when operated at high voltages, have a temperature range of about -55 to - # -125'C and an improved service life, as well as their capacitance and ohmic resistance in the specified temperature range change little.
Die Verwendung von Dimethylformamid als Verdünnungsmittel für wäßrige Elektrolyte von Elektrolytkondensatoren ist bekannt. Diese aus mehreren Komponenten bestehenden, bekannten Elektrolyte sind jedoch nur innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches brauchbar, da sie bei Temperaturänderungen ihre Zusammensetzung ändern.The use of dimethylformamide as a diluent for aqueous Electrolytes of electrolytic capacitors are known. This consists of several components However, existing, known electrolytes are only within a limited temperature range useful because they change their composition when the temperature changes.
Der Elektrolyt für einen Elektrolytkondensator, welcher die gestellten Anforderungen erfüllt, besteht nach der Erfindung aus 99,8 Gewichtsprozent N,N-Dimethylformamid und 0,2GeNvichtsprozentAmmoniumborat.According to the invention, the electrolyte for an electrolytic capacitor, which meets the requirements, consists of 99.8 percent by weight of N, N-dimethylformamide and 0.2 percent by weight ammonium borate.
Dieser Elektrolyt, mit dem Buchstaben A bezeichnet, eignet sich für Kondensatoren, deren eine Elektrode aus Tantal oder einem anderen filmbildenden Material besteht.This electrolyte, designated by the letter A , is suitable for capacitors, one electrode of which is made of tantalum or another film-forming material.
Das Ammoniumpentaborat ist nur in so kleinen Mengen zugegen, daß es bei etwa -55'C nicht ausfällt. Unter Einhaltung der obigen Bedingungen können für den Betrieb bei niedriger Spannung höhere Konzentrationen des lonenbildners und für den Betrieb bei höheren Spannungen niedrigere Konzentrationen verwendet werden.The ammonium pentaborate is only present in such small quantities that it does not fail at about -55'C. Subject to the above conditions, operation at low voltage, higher concentrations of the ion generator and lower concentrations can be used for operation at higher voltages.
Die Eigenschaften dieses Elektrolyten A sind wesentlich besser
wie diejenigen, die eine Mischung aus einem lonenbildner, z. B. Ammoniumpentaborat,
einem Glykol und Wasser enthalten. Ein bekannter Elektrolyt der letzteren Art, der
vergleichsweise gegenüber dem Elektrolyten A nach der Erfindung geprüft wurde,
besitzt die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: Elektrolyt B Ammoniumpentaborat
........... 3,50/, Äthylenglykol ................... 60,3"/, Wasser
.......................... 362 0/, Die Eigenschaften der vorstehenden Elektrolyte
sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:
Die Lebensdauer von die vorstehenden Elektrolyte enthaltenden Kondensatoren wurde geprüft, bei denen die Kondensatoren 12,70 mm dicke Tantalfolien als Anoden und Kathoden enthielten, welche durch einen etwa 30,48 mm dicken Papierstreifen getrennt waren. Lebensdauerprüf ungen, die an solchen Kondensatoren bei 125'C und einer Gleichspannung von 150Volt durchgeführt wurden, ergaben, daß die den bekannten Elektrolyten B enthaltenden Kondensatoren alle vor Albauf von 528 Stunden ausfielen, während der den Elektrolyten A enthaltende Kondensator noch nach 1080 Stunden in Betrieb war. Nach Ablauf dieser Zeit besaß der Kondensator nach der Erfindung noch 78 0/, seiner ursprünglichen Kapazität bei Raumtemperatur, während der Elektrolyt B bereits nach 168 Stunden nur noch 790/, aufwies. Diese Ergebnisse zeigen eine sechsfache Verbesserung der Lebensdauer bei Verwendung des Elektrolyten nach der Erfindung.The service life of capacitors containing the above electrolytes was tested in which the capacitors contained 12.70 mm thick tantalum foils as anodes and cathodes, which were separated by a paper strip about 30.48 mm thick. Lifetime tests carried out on such capacitors at 125 ° C and a direct voltage of 150 volts showed that the capacitors containing the known electrolyte B all failed before Albauf for 528 hours, while the capacitor containing electrolyte A was still in operation after 1080 hours was. After this time had elapsed, the capacitor according to the invention still had 78 Ω / □ of its original capacity at room temperature, while the electrolyte B had only 790 Ω / □ after 168 hours. These results show a six-fold improvement in life using the electrolyte of the invention.
Bei einer ähnlichen Prüfreihe, bei der die Kondensatoren bei 85'C und einer Gleichspannung von 300Volt betrieben wurden, behielt der Kondensator nach der Erfindung nach 2160 Stunden noch 880/0 seiner ursprünglichen Kapazität bei Raumtemperatur, während bei Verwendung des Elektrolyten B der Kondensator nach 288 Stunden nur 840/, der Kapazität hatte, was einer achtfachen Verbesserung entspricht. Bei einer weiteren Prüfung, bei welcher die den Elektrolyten nach der Erfindung enthaltenden Kondensatoren bei 125'C und einer Gleichspannung von 300 Volt gemessen wurden, besaßen diese Kondensatoren nach 1600 Stunden noch 97,50,/, ihrer ursprünglichen Kapazität bei Raumtemperatur.In a similar series of tests, in which the capacitors were operated at 85 ° C and a direct voltage of 300 volts, the capacitor according to the invention still retained 880/0 of its original capacity at room temperature after 2160 hours, while the capacitor after 288 when using electrolyte B Hours only 840 / that had capacity, which is an eight-fold improvement. In a further test in which the capacitors containing the electrolyte according to the invention were measured at 125 ° C. and a direct voltage of 300 volts, these capacitors still had 97.50% of their original capacity at room temperature after 1600 hours.
Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften bei niedriger Temperatur
von den Elektrolyten A enthaltenden Kondensatoren.
Der Dimethylformamidelektrolyt ist äußerst stabil und widerstandsfähig und besitzt einen beträchtlich niedrigeren Erstarrungspunkt als übliche Elektrolyte. Er ist gegenüber den für gewöhnlich als Kondensatorgehäuse verwendeten Metallen nicht korrodierend und übt keine lösende Wirkung auf die auf den Kondensatorelektroden gebildeten Oxydlilme aus. Der Elektrolyt verzögert auch die Geschwindigkeit der Bildung kristalliner Oxyde im dielektrischen Film, die oft bei den bisherigen Elektrolyten auftrat, und schützt somit die Verbindungsstelle der Folien mit dem Anschlußdraht, die in der Regel die schwache Stelle jedes Kondensators ist. Der Elektrolyt besitzt bei 25'C einen höheren spezifischen Widerstand als übliche Elektrolyte. Der Dimethylformamidelektrolyt ändert ferner bei schwankenden Temperaturen kaum seine Viskosität, was zur Folge hat, daß sich auch der spezifische Widerstand sowie die Kapazität mit der Temperatur weniger ändern.The dimethylformamide electrolyte is extremely stable and resistant and has a considerably lower freezing point than conventional electrolytes. It is opposite to the metals commonly used as capacitor housings non-corrosive and has no dissolving effect on the capacitor electrodes formed oxide films. The electrolyte also retards the speed of the Formation of crystalline oxides in the dielectric film, which is often the case with previous electrolytes occurred, and thus protects the connection point of the foils with the connecting wire, which is usually the weak point of every capacitor. The electrolyte possesses at 25'C a higher specific resistance than conventional electrolytes. The dimethylformamide electrolyte furthermore, its viscosity hardly changes at fluctuating temperatures, with the result has that the specific resistance and the capacitance also change with temperature change less.
Da der Elektrolyt wasserfrei ist, besitzt er einen niedrigeren Dampfdruck, so daß hier das Problem der Aufrechterhaltung eines dichten Abschlusses des Kondensators weniger auftritt. Auch besitzt der Elektrolyt nicht die bei Verwendung bekannter, Lösungsmittelmischungen enthaltenden Elektrolyte auftretenden Schwierigkeiten, bei welchen das eine oder das andere Lösungsmittel leichter verdampft und sich somit die Zusammensetzung, die Viskosität, der spezifische Widerstand und der Erstarrungspunkt des Elektrolyten ändern. Bei Verwendung des Elektrolyten, der praktisch zu 100",/, aus N,N-Dimethylformamid besteht, können bis zu 5001, des Elektrolyten (z. B. durch einen fehlerhaften Verschluß) verlorengehen, ohne daß sich die elektrischen Eigenschaften oder der Betrieb des Kondensators merklich ändert.Since the electrolyte is anhydrous, it has a lower vapor pressure, so that the problem of maintaining a tight seal of the capacitor does not arise here. The electrolyte also does not have the difficulties which occur when known electrolytes containing solvent mixtures are used, in which one or the other solvent evaporates more easily and thus the composition, viscosity, specific resistance and solidification point of the electrolyte change. When using the electrolyte, practically 100 ", /, of N, N-dimethylformamide, up to 5001, of the electrolyte can be lost (e.g. due to a faulty seal) without affecting the electrical properties or the operation of the Capacitor changes noticeably.
Da sich die Dimethylformamid enthaltenden Kondensatoren für höhere Spannungen eignen, als sie bisher bei Elektrolytkondensatoren angewendet wurden, ist ihre Verwendung als Hochspannungskondensatoren an Stelle von in Serie geschalteten Kondensatoren möglich.Since the dimethylformamide-containing capacitors for higher Voltages are suitable as they were previously used for electrolytic capacitors, is their use as high voltage capacitors instead of in series Capacitors possible.
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