DE1267347B

DE1267347B - Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE1267347B
Application number: DEP1267A
Authority: DE
Inventors: Sidney David Ross
Original assignee: Sprague Electric Co
Current assignee: Sprague Electric Co
Priority date: 1963-06-07
Filing date: 1964-06-06
Publication date: 1968-05-02
Also published as: SE302999B; US3325697A; NL6406341A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIg

Deutsche Kl,: 21g-10/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1267 347
P 12 67 347.1-33
6. Juni 1964
2. Mai 1968

Gegenstand der Erfindung ist ein Elektrolytkondensator, bestehend aus einer ersten überzogenen Elektrode, einer zweiten von der ersten getrennten Elektrode und einem Elektrolyten, der mit der ersten und zweiten Elektrode in Verbindung steht, wobei der Elektrolyt aus einem Lösungsmittel und einem Salz besteht, das in dem Lösungsmittel enthalten ist und das ein nichtmetallisches Kation und ein filmbildendes Anion besitzt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das nichtmetallische Kation aus einer quarternären Ammonium-, quarternären Phosphonium-, Sulfonium- oder Arsoniumverbindung besteht und wenigstens eine reduzierbare Nitro-, Chinon-, Carbonyl-, Nitroso-, Azoxy-, Azo- oder Nitrilgruppe aufweist.

Elektrolytkondensatoren verlangen einen flüssigkeits- und gasdichten Verschluß, um einen Verlust an Elektrolyten, das Kriechen des gelösten Stoffes des Elektrolyten und die Verschmutzung des Elektrolyten zu vermeiden.

Andererseits bedingt in einem hermetisch abgeschlossenen Kondensator der darin erzeugte Wasserstoff Druckverhältnisse, die berücksichtigt werden müssen.

In der Technik gibt es zahlreiche Neuerungen, die dazu bestimmt sind, den Druck zu entspannen oder sein Entstehen zu verhindern. Einige davon sind vom »narrensicheren« Typ, wie z. B. solche, die einen inneren mechanischen Verschluß besitzen, während andere irgendeine Entlüftungsvorrichtung oder ein Sicherheitsventil aufweisen. Mit wenigen Ausnahmen kann in allen bisherigen Konstruktionen eine merkliche Erhöhung des Druckes stattfinden, bevor die zur Druckregelung bestimmte Vorrichtung zu arbeiten beginnt. Aus Gründen der Sicherheit und zur Gewährleistung einer langen ununterbrochenen Betriebsleitung ist die Suche nach einem wirtschaftlichen, nichtgasenden Kondensator zwingend notwendig.

Es sind auch bereits Elektrolytkondensatoren bekannt, deren Elektrolyte ebenfalls Nitro- oder Nitrosoverbindungen enthalten, die mit Säuren Salze bilden, die in Wasser in ein nichtmetallisches Kation und in ein Anion dissoziieren können. Jedoch sind diese als Stabilisatoren dienenden Nitro- und Nitrosoverbindungen beständige Verbindungen, d. h., ihre dann im Kation vorliegenden Nitro- oder Nitrosogruppen lassen sich nicht durch den sich elektrolytisch entwickelnden Wasserstoff reduzieren. Sie sind deshalb nicht als »Wasserstoffvertilger« geeignet.

Das nichtmetallische Kation im Elektrolyten des erfindungsgemäßen Elektrolytkondensators hingegen besitzt eine reduzierbare Nitro-, Nitroso- oder eine andere der obengenannten Gruppen, die durch den sich elek-Elektrolytkondensator

Anmelder:

Sprague Electric Company,
North Adams, Mass. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Beil, A. Hoeppener, Dr. H. J. Wolff
und H. C. Beil, Rechtsanwälte,
6230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:
Sidney David Ross,
Williamstown, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. Juni 1963 (286 276)

trolytisch entwickelnden Wasserstoff reduziert wird, wodurch derselbe »vertilgt« wird.

Nach der vorliegenden Erfindung läßt sich nunmehr ein hermetisch abgeschlossener Elektrolytkondensator herstellen, der nicht der Bildung von kathodisch erzeugtem Wasserstoffgas unterliegt und der innerhalb weiter Temperaturbereiche ohne nachteilige Veränderung der elektrischen Eigenschaften lange Zeit arbeiten kann.

Das neuartige an dem vorgeschlagenen Elektrolytsystem ist das Kation. In einem elektrischen Feld neigen die Kationen, die eine reduzierbare Gruppe enthalten, dazu, sich an der Kathode, an der Wasserstoff erzeugt wird, zu konzentrieren. Durch den gebildeten Wasserstoff wird die reduzierbare Gruppe reduziert, wobei die Kationen als Gasvertilger wirken und jede Druckerhöhung verhindern.

Das Lösungsmittel des Elektrolytsystems kann irgendein bekanntes Lösungsmittel sein, wie z. B. Äthylenglykol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Propylencarbonat oder Wasser. Gemische der Lösungsmittel können ebenfalls verwendet werden.

Wie oben angegeben, sind die im Lösungsmittel gelösten Stoffe Salze eines nichtmetallischen Kations und eines filmbildenden Anions, wobei das Kation wenigstens eine reduzierbare Gruppe besitzt. Mit dem Ausdruck »filmbildendes Anion« ist ein an der Anode leicht

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Claims

reduzierbares Ion gemeint, das den Oxydfilm wieder- den Elektrodenfolien 2 und 3. Alle Folien und Papiere herzustellen in der Lage ist, wenn irgendeine Beschädi- werden zu einem festen Wickel zusammengerollt. Die gung des Films während des Betriebes eintritt oder vorzugsweise aus Tantal bestehenden Metallklemmen wenn es zur Bildung des gewünschten dielektrischen 8 und 9 werden an den Enden der betreffenden Folien Films verwendet wird. Solche Anionen sind in Penta- 5 durch Punktschweißen oder Falzen befestigt. In dieser boraten, Phosphaten, kondensierten Polyphosphate^ Ausführung können Aluminium, Zirkon oder andere Nitraten, Thiocyanaten oder Pikraten enthalten. Ventilmetalle Tantal ersetzen. Jedes bekannte Trenn- Das nichtmetallische Kation mit wenigstens einem · material kann das Papier ersetzen, reduzierbaren Substituenten kann in das System mittels Der Kondensatorwickel 1 wird mit einem Elektrolyquarternärer Ammonium-, quarternärer Phosphonium-, ίο ten aus Dimethylformamid, das 10 Gewichtsprozent Sulfonium- oder Arsoniumverbindungen eingeführt N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumnitrat enthält, gewerden. Die reduzierbaren Substituenten, die im nicht- tränkt. Dieser Wickel wird in eine Röhre aus Hartmetallischen Kation enthalten sind, sind Nitro-, Chi- papier 13 gesteckt, die ebenfalls mit dem Elektrolyten non-, Carbonyl-, Nitroso-, Azoxy-, Azo- oder Nitril- gefüllt ist. Diese Kombination wird in ein zylindrisches gruppen. 15 Gehäuse 11 aus nichtkorrodierendem Metall, wie SiI- Beispiele für solche Kationen sind: ber oder mit Silber überzogenem Kupfer, eingeschlos-

1. N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumion, ^sen· ^Die Anschlüsse 8 und 9 erstrecken sich von den

- 2. p-Nitrophenyltrimethylammoniumion, betreffenden Enden des Wickels durch die harzartigen

3. p-Nitrobenzyltriäthylammoniumion, Abdichtungen 12, die den Elektrolyten in dem Wickel

4. m-Nitrobenzyltriäthylammoniumion, ^ao einschließen.

5. a-Anthrachinonyltriäthylammoniumion, Die Wirksamkeit des vorliegenden Elektrolytsystems O.tf-Anthrachinonyltriäthylammoniumion, ^{wird durch} folgenden Versuch veranschaulicht: Eine 7. Phenacyltriäthylammoniumion. A¹¹⁰^ ^{und eine} Kathode werden in einem Becher, der

wäßriges Ammoniumnitrat als Elektrolyten enthält,

Ausgehend von dem quarternären Ammonium- 35 angebracht. Eine Glasrohre, die mit dem Elektrolyten halogenid kann man das Halogenidion durch die er- gefüllt und oben geschlossen ist, wird über der Kathode findungsgemäßen Anionen nach bekannten Verfahren angebracht. Wenn Strom durch das System fließt, wird

ersetzen. Beispiele dieser Salze sind: beobachtet, daß die an der Kathode erzeugte Wasser-

N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumpentaborat, - stoffmenge direkt proportional der Menge des Stromes

N- 2,4-Dinitrophenyl -pyridiniumphosphat, ³° ^m Coulomb ist. Wenn waßnges N-(2,4-Dinitrophenyl)-

. N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumpolyphosphat, pyndimumnitrat als Elektrolyt verwendet wird wird

N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumnitrat, f der Kathode keine merkliche Wasserstoffbildung

N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumthiocyanat, beooacntet.

N-(2,4-Dinitrophenyl)-pyridiniumpikrat „_e ^B? ^der.^m ^ * ^f »bgeMdeten Einheit ist die Anode

^{v F} ^{J J VJ} ^F 35 28 em mit Tantaloxyd überzogener geätzter Tantal-

und entsprechende Salze mit den oben offenbarten Ka- draht. Die Anode 28 liegt in einem äußeren zylindri-

tionen. sehen Gehäuse 22 aus nichtkorrodierendem Metall,

Die gelösten Stoffe, die zusammen mit den bekann- wie z. B. Silber. In dem Gehäuse 22 befindet sich ein

ten Lösungsmitteln verwendet werden, müssen aus- Abstandhalter in Form einer Papierröhre 24, die die

reichende Löslichkeit in dem bestimmten System zei- 4° inneren Oberflächen des Gehäuses bedeckt. Das eine

gen, in dem sie angewendet werden sollen. Der Men- Ende der Anode 28 stößt gegen das geschlossene Ende

genbereich, in dem die gelösten Stoffe im System vor- der Röhre 24 und das andere Ende wird von einer

liegen sollten, sollte zwischen 0,1 bis etwa 20 Gewichts- Dichtung 30 umschlossen. Vor dem Einbringen der

prozent des Gesamtsystems liegen. Für die meisten Anode in das Gehäuse wird der Elektrolyt 34, der der

Zwecke erwies sich eine Menge von etwa 2 bis etwa 45 gleiche wie in dem vorangegangenen Ausführungs-

15 Gewichtsprozent des Gesamtsystems als am gün- beispiel ist, in den Behälter eingeführt. Das äußere

stigsten. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten kann etwa Ende des Anodendrahtes ist, wie 36 zeigt, abgeflacht,

50 bis 10000 Ohm-Zentimeter betragen. und ein biegsamer Zuführungsdraht 38 aus Nickel wird

In den Zeichnungen bedeutet am abgeflachten Ende angelötet. Ein starres Harz-

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen gewickelten 50 material 26 wird um diese Verbindung und eine fe-

Elektrolytkondensator in einem Gehäuse, dernde Abdichtung 32 um den Zuführungsdraht 38

F i g. 2 und 3 perspektivische Ansichten des Konden- gelegt, um ein Verbiegen zu ermöglichen, ohne daß das

satorquerschnittes von F i g. 1 ohne Gehäuse und teil- Harz 26 und/oder die gelötete Verbindung bricht. An

weise aufgerollt, um seine Konstruktion zu zeigen, die Außenseite des verschlossenen Endes des Gehäuses

F i g. 2 einen polaren und F i g. 3 einen nichtpolaren 55 22 ist mit einem Lötmittel 40 eine Kathodenzuführung

Typ, 42 befestigt.

Fi g. 4 einen Querschnitt eines Elektrolytkondensa- Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Elektroly-

tors mit einer Drahtanode. ten ist das Problem der Wasserstoffgasbildung, ohne

In den in F i g. 1, 2 und 3 abgebildeten Einheiten ist irgendwelche elektrischen Eigenschaften zu beeinder Kondensatorabschnitt 1 ein Folienwickel, der aus 60 trächtigen, gelöst. Die Kondensatoren sind gekenneinem Paar der Folien 2 und 3 aus Ventil-Metall, wie zeichnet durch einen ausgezeichneten, großen Betriebs-Tantal, besteht, die durch Schichten 4 und 5 aus sati- temperaturbereich, Konstanz der Kapazität über diesen niertem Papier voneinander getrennt sind. In F i g. 2, Bereich und einen hervorragenden Verlustfaktor,
die einen polaren Elektrolytkondensator darstellt,

besitzt die Anode 3 einen Oxydfilm 6 auf ihrer Ober- 65 Patentanspruch:
fläche, während die Kathodenfolie 4 keinen dielektrischen Oxydfilm trägt. Die nichtpolare Einheit in F i g. 3 Elektrolytkondensator, bestehend aus einer erfür Wechselstrombetrieb hat einen Oxydfilm 6 auf bei- sten überzogenen Elektrode, einer zweiten von der

ersten getrennten Elektrode und einem Elektrolyten, der mit der ersten und zweiten Elektrode in Verbindung steht, wobei der Elektrolyt aus einem Lösungsmittel und einem Salz besteht, das in dem Lösungsmittel enthalten ist und das ein nichtmetallisches Kation und ein filmbildendes Anion besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Kation aus einer quarternären Ammonium-, quarternären Phosphonium-, Sulfonium- oder Arsoniumverbindung besteht und wenigstens eine reduzierbare Nitro-, Chinon-, Carbonyl-, Nitroso-, Azoxy-, Azo- oder Nitrilgruppe aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 716 721, 2 739 275,
759 132, 2 866 139, 2 945 164.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen