DE1496972A1

DE1496972A1 - Oxydierte Folie

Info

Publication number: DE1496972A1
Application number: DE1965R0041607
Authority: DE
Inventors: Hooper William K
Original assignee: Republic Foil Inc
Current assignee: Republic Foil Inc
Priority date: 1964-10-01
Filing date: 1965-09-25
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1056609A

Description

Die .vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine oxydierte Aluminiumfolie zur Verwendung in elektrolytischen Kondensatoren mit grösserer Kapazität als bisher und ein Verfahren zum Herstellen solcher Folien,,

Bei der Herstellung von Aluminiumfolien zur Verwendung in elektrolytischen Kondensatoren ist die Elektro-Industrie
ständig bemüht, den Wirkungsgrad der Kondensatoren so
zu erhöhen, dass eine höhere Kapazität ohne gleichzeitige Erhöhung der Grosse des Kondensators erreicht wird.

Es ist nun bekannt, eine Aluminiumfolie zur Verwendung in

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elektrolytisehen Kondensatoren durch anodische Behandlung in sogenannten Formieningselefctrolyten zu oxydieren, die beispielsweise aus Borsäurelösungen verschiedener Borate in entmineralisiertem Wasser bestehen können. Das Forlaierungsverfahren schliesst dabei die Verfahrenssohritte deo Kochens der Folie in.entmineralisiertem Ytesser ein, bevor diese in einen Formierungstank eingebracht wird, in dem entsprechend dem verwendeten Spezialverfahren ein Strom mit einer bestimmten Ampere-Zahl durch die Folie hindurchgeschickt wird, die dann in dem Tank solan£e verbleibt, . bia eine vorbestiramte Spannung erreicht ist·

Ein Weg, um die Kapazität einer Aluminiumfolie in der formierten Anode zu erhöhen, besteht in der Anwendung eines Atzverfahrens auf die Folie vor der Formierung. Das Ätzen kann entweder durch, chemische oder elektrolytische Verfahren erfolgen. Beide Verfahren verursachen eine beträchtliche Erhöhung in der Oberfluche des Aluminiums, die dann später oxydiert wird. Die vorliegende Erfindung ist nun unabhängig von dieser /itzvorbehandlung der Aluminiumfolie, die dann später entsprechend formiert wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine

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Aluminiumfolie mit Oxidationsbehandlung zu schaffen, die ale Elektrode in elektrolytlsohen Kondensatoren verwendet werden kann und den Kondensatoren eine Kapazität verschaffen , die höher als die der besten Kondensatoren mit derartigen Elektroden lot, wie-sie zurzeit verfügbar sind/ und zwar um 120-150#.

Hach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eioe Oxydationsbehandlung von Aluminiumfolien zur Verwendung in elektrolytischen Kondensatoren geschaffen, mit deren Hilfe die Folien im Vergleich zu den Übrigen Aluminiumfolien einen niedrigeren Verlustfaktor aufweisen«.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sieh aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.

Es wurden bereits Studien über die Oxydierung von Aluminiumfolien durchgeführt· und dabei wurde das Aluminium einer Erwärmung bei hoher !emperatur in einer Luft oder Säuerst off atmosphäre unterworfen. Derartige Studien wurden "bis jetzt durchgeführt/ ohne dabei die Verwendung derartiger oxydierter Folien für Kondensatoren in Betracht zu ziehen.* Bei den an solchen Folien durchgeführten Prüfungen wurde

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festgestellt, daae sie ale Elektroden in elektrolytiaohen Kondensatoren deswegen nicht geeignet sind, weil der erzeugte Oxydfilm 2u dilnn für eine ausreichende di&lektrisohe Festigkeit ist· Deshalb wurden diese Folien als Ersatz für anodisch oxydierte Aluminiumfolien bisher nicht benutzt. Bei Verwendung zu einem solchen Zweck

' sollte vorzugsweise die Oxydschicht eine Grossen — Ordnung

ο
von 100- 200 A haben. '

Efc wurde nun weiter festgestellt, dase durch eine erste Behandlung der Folge, und zwar durch eine bei hoher Temperatur durchgeführte Oxydation in Luft oder Sauerstoff, wie oben erwähnt, und durch eine anschliessende übliche anodische Formierung es nun möglich ist, die Kapazität um etwa ) 20 ~ 503C für ein Material zu ei&öhen, das über den ganzen Spannungebereich behandelt wurde, der bei Kondensatoren (10V - 64OV) Anwendung findet, ohne dass hierdurch der Leckstrom erhöht wird.

Bei der Durchführung der Erfindung wird eine Aluminiumfolie zuerst dadurch behandelt, dass sie durch eine Wärmekamraer hindurchgeführt wird, in der die !Temperatur in einem Bereich von etwa 45O⁰C bis ungefähr zum Schmelzpunkt des Aluminiums aufrechterhalten wird. Die Folie wird durch die

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Kammer mit eine? solchen Geschwindigkeit durchgeführt, dass diese in der Zone erhöhter !temperatur für eine mittlere Zeitdauer von 5-10 Minuten verbleibt. Sie wird dann einem Bad zugeführt, in dem die anodiache Formation bei einer Spannung erfolgt, die von der speziellen Anwendung abhängig ist«

In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es aeigens

Fig.1 ein Verfahren sur Oxydationsbehandlung₅ Fig.2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des ■ Unterschieds der Kapazitäten» wie sie durch die Formierung von oxydierter und nicht oxydierter Aluminiumfolie erreicht werden. ■

In Fig.1 ist mit 10 eine senkrechte Wärmekammer bezeichnet, die eine Heizspirale 12 aufweist. In diese Kammer wird eine Aluminiumfolie 14 von einer Rolle 16 zugeführt. Der hier vorherrschende nach oben gerichtete Zug liefert ä&n für die Oxydation der Folie erforderlichen Sauerstoff. Nachdem nun die Folie in der Kammer für eine vorbestimrate Zeit verblieben ist, wie dies ^i? dem nachfolgenden Bei« spiel erklärt wird, wird die Folie aus der Kammer herausgeführt· und dann auf einer RoIIe¹IS aufgewickelt, auf der

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sie dann für die spätere Formierung gelagert werden kann, falls eine solche gewünscht wird.

Wenn jedoch der Formierungsvorgang unmittelbar nach der Oxydation folgen soll, ao ist eine Elektrolytzelle üblicher Konstruktion vorgesehen, in die die Folie dann für die anodisohe Formation eingebracht wird_e

Im folgenden sind eine Anzahl von Beispielen zur Erläuterung des Verfahrens gernäss der Erfindung angeführte Die Beispiele sind teilweise in ODabellenform angeordnet.

Die Proben wurden auf 45O⁰O- 55O⁰O einige Minuten lang erwärmt. Dabei wurde eine Gruppe von Prüfungen bei einer Formation der Folien in Elektrolyten bei 24 V, eine weitere Gruppe bei 165 V und eine dritte Gruppe bei 550 V durchgeführt.

Bei allen Versuchen wurde ein normaler Formierungselektrolyt verwendet. Der Elektrolyt bestand aus l/lOtel eines l#igen Ammoniumdihydrophosphat (primäres Ain&oniuraphosphat) in einem entmineralisierten Wasser mit einem spes*Widerstand von ungefähr 400OhIHZcIIi,, Die (öetnperatur des Formierungselektrolyteij wurde auf 95⁰C aufrechterhalten. Die wirksame Kathodenlänge war 3*48 m. Die Formierung wurde in

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Sänke unter ähnlichen Bedingungen in Bezug auf Temperatur und Elektrolyten ausgeführt.

Alle Messungen wurden In einer nassen Zelle unter Verwendung von 50 Gramm Borsäure und 5 ml Anjoniumhydroxyd auf das

endgültiger Lösung durchgeführt. Der endgültige fische Widerstand war 180 Oho/cm !bei 25⁰C. Dabei wurde

eine übliche, von der Firma General Radio herausgebrachte Brücke und eine Spannungsquelle von 60 Hertz verwendet. Die Aüfbaaseit wurde dadurch bestimmt» dass eine Generatorspannung angelegt wurde, und zwar unter Verwendung des Messelektrolyten bei RaumtemperatuTj und ferner wurde die zum Aufbau erforderliche-Zeit registriert.

	• Safel I	Kapazität mJ?	Spannung V
iemgeratur	Zeit min.	50	24
keine Behandlung	_mm	75	24
550	5	45,2	30
keine Behandlung	-	62,4	30
550	5

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	Zeit	Zeit			V
Temperatur	min	min	Kapazität	-
	- -		mi	165
keine Behandlung	2	2	4,17	165
450	5	5	4,00	165
450	10	10	4,13	165
450	2	4,30	165
550	5	4,60-	165 ·
550	10	5,63
550	5,63	Spannung
	III	V
Temperatur	Kapazität
⁰C	. mF	550
keine Behandlung	1,05	550
550	1,35	550
550	1,32
550	1,32

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Es ergibt eioh so aus den obigen Tabellen, dasa diese zweistufige Behandlung eine Erhöhung der Kapazität ergibt, wenn eine Oxydation in der ersten Phase 5 Minuten "lang bei 55O⁰C (Tabelle I), für 10 Minuten oder mehr bei 45O⁰O oder nur 2 Minuten bei 55O⁰G (Tabellen Ü u. III) durchgeführt wird. Es wurde ferner festgestellt, dass eine Reduktion der Aufbauzeit, wie sie zur Erreichung der Spannung erforderlich ist, und eine beträchtliche Ersparnis an Energie erreicht werden kann, die bei 200 Volt angenähert 50$ betragen kann» . .

.2 zeigt eine graphische Darstellung, bei der die Kapazität als Funktion der Spannung aufgetragen ist. Aus αisaer graphischen Darstellung, die die Werte für in Luft oxydierte und formierte Aluminiumfolie im Vergleich mit formierter folie ohne vorherige Oxydation (untere. Kurve) zeigt, kann ebenfalls ersehen werden, dass die Kapazität der geijiäss der Erfindung behandelten Folie einar Üblicherweise formierten Aluminiumfolie überlegen ist*und ea ergibt sich auch, dass die Erhöhung der Kapazität in dem unteren Span ;ungsbereich deutlicher i&t. ■. .

Die Art der so behandelten J?olie wurde durch Elektronenbeugungsversuche geprüft. Es wurde früher schon ,

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festgestellt, dass einige Folien eine Kristallinität daduroh zeigen, dass sie Beugungsringe in den Mikrobildern zeigen. Diese Folien waren weniger fUr den beabsichtigten Zweck geeignet. Es ist erwünscht, dass eine Folie, um die besten Resultate als Elektrodenmaterial in einem elelctrolytischen Kondensator zu erhalten, vollständig amorph ist, wie sich dies durch die Abwesenheit von Beugungsringen ergibt. Dies ist der Fall, wenn Aluminiumfolien gemäss der Erfindung oxydiert werden.

Aus Vorstehendem ergibt sich, dass die Erfindung ein einfaches und billiges Verfahren ergibt, mit dessen Hilfe eine beträchtliche Erhöhung der Kapazität von Kondensatoren mit Aluminiumfolien erreicht werden kann, welch letztere wesentlich verbesserte Eigenschaften gegenüber den bekannten Folien aufweisen.

Zwar wurde die Erfindung in Bezug auf Aluminiumfolie beschrieben, doch sei darauf hingewiesen, dass legierungen mit einem Aluminiumgrundmetall, die mehr als 95 Gewichtsprozent Aluminium enthalten und die bekanntermaßen als Elektrodenmaterial in elektrolytischen Kondensatoren brauchbar sind, ebenfalls einer Behandlung gemäss der Erfindung unterworfen werden können, wobei sich dann die gleichen

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günstigen Resultate wie bei Aluminium selbst ergeben. Derartige Legierungen sind bei Kondensatoren bekannt und sie können beispielsweise Zinn, Magnesium, Silizium, Mangan, Kupfer und andere Bestandteile enthalten.

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Claims

14965Γ/2 A 34 67t h - 12 - h · 96 24. 9. 65 Patentansprüche:

1. Oxydierte Folie aus Aluminium öder einer Aluminiumlegierung» insbesondere für Elektrolytkondensator en, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen amorphen Katerialaufbau·

2· Polio nach Anspruch 1, aus einer Aluminiumlegierung« dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens 95 # reines Aluminium enthält.

3. Verfahren zum Heretellen einer Folie nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallfolie unter erhöhter temperatur einem oxydierenden Gas, wie luft und/oder Sauerstoff, auegesetzt und dann einer anodiechen Porialerbahandlung untersogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur zwischen etwa 450⁰C' und der Schmelztemperatur des Aluminiums liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelt, in der die Metallfolie dem oxydierenden Gas ausgesetzt 1st, im umgekehrten Verhältnis zur Temperatur steht und Im Bereich von etwa 2 Minuten bis etwa 10 Minuten liegt·

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ka - 96 24, 9» 196.5

6. Verfahren naeh einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, in der die Netallfolie dem oxydierenden Sas ausgesetzt ist, be£ einer [Temperatur unmittelbar unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium nur einige Sekunden beträgt.

?. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge- λ kennzeichnet, daß die höchste, zur Anwendung kommende !Temperatur etwa 550⁰O beträgt,

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formterbehandiung für eine wie bei bekannten Verfahren bestimmte Zeit bei einer Spannung im Bereich von etwa 10 V und 550 V am Elektrolyt bad durchgeführt wird.

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