Elektrblyt für Blektrolytkondensatoren Die"Erfinduiig betrifft einen
niederohmigen Elektrolyten für Blektrolytkondensatoreng der in einem weiten Temperaturbereich
anwendbar ist.Electrblyt for lead electrolytic capacitors The "invention concerns one
Low-resistance electrolytes for lead electrolyte capacitors in a wide temperature range
is applicable.
Es ist allgemein bekannt, daß übliche hochohmige Elektrolyte zwar
für hohe Temperaturen geeignet sind, nicht dagegen jedoch für tiefe Temperaturen.
Andererseits sind die bekannten niederohmigen Elektrolyte bei hohen Temperaturen
in der Regel nicht brauchbar.It is well known that common high-resistance electrolytes
are suitable for high temperatures, but not for low temperatures.
On the other hand, the known low-resistance electrolytes are at high temperatures
usually not usable.
Man hat bereits versucht, die Kälteeigenschaften von Elektrolyten
durch einen hohen Wassergehalt zu'verbessern. So' sind beispielsweise Blektrolyte.
mit niedrigem spezifischem.Widerstand bekannt, die neben stickstoffhaltigen Kationen
zwei anorganischen Säuren und einer -organischen Säure bzw. deren Reaktionsprodukten
ein Lösungsmittel enthalten, das aus einer Mischung aus einem mehrwertigen Alkohol
und Wasser besteht.Attempts have already been made to determine the low temperature properties of electrolytes
through a high water content. Lead electrolytes are one example.
with a low specific resistance known to exist alongside nitrogenous cations
two inorganic acids and one organic acid or their reaction products
contain a solvent made from a mixture of a polyhydric alcohol
and there is water.
Derartige Kondensatorelektrolyte haben sich jedoch in der Praxis insbesondere
für Kondensatoren mit Aluminiumelektroden als nicht geeignet eniieseng da sie an
den MetL.llteilen des Gehäuses und an den Elektroden eine starke Korrosion hervorrufen,
somit einen hohen Reststrom aufweisen und sekundär nur eine kurze Lebensdauer besitzen.
Sie neigen im übrigen leicht zum Auskristallisieren.
Es wurde nun
überraschenderweise gefunden, daß die Eigenschaften eines solchen Kondensatorelektrolyten
aus einem mehrwertigen Alkohol als Lösungmittel, einer banischen Stickstoffverbindung,
zwei anorganischen und. einer organischen Säure, bzw. deren Reaktionsprodukten,
entgegen der üblichen Meinung dadurch wesentlich verbessert werden kann, daß dem
Elektrolyten kein Wasser als Lösungsmittel und die baeische Stickctoffverbindung
lediglich in wasserarmer Form zugesetzt wird. Es hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, den Wassergehalt des Elektrolyten maximal auf die Menge zu be-KI
-
grenzen, die durch Zugabe der basischen Sticketeifverbindung in Form einer
zumindest 25%igen wässrigen Lösung in dein Blektrolyt eingeführt wird. #.Y-urch
den fehlenden oder auf ein Minimum herabgesetzten Wassergebalt wird eine völlige
Verhinderung der Korro-' sion und eine wesentliche Verbesserung der Temperaturei.--genschaften
erzielt, die Lebensdauer verlängert und auch die elektrischen Eigenschaften verbessert.
Zur weiteren Verringerung des Wässergehaltes hat es sich weiterhin als besonders
vorteilhaft erwiesen, die baeische Stickstoffverbindung dem Elektrolyten ganz oder
teilweise in wasserfreier Form zuzusetzen. Die basische Stickstoffverbindung
kam dem Blektrolyten auch ganz oder teilweise in Form einer oder mehrerer
ihrer*Salze mit den anorganischen Säuren bzw. der organischen'Säure zugesetzt werden.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn als baeische Stickstoffverbindung
Ammoniak verwendet wird.
Ein Elektrolyt, der sich aus Glykol, Borsäure
und Phosphorsäure sowie einer der organischen Säuren Weinsäure, Zitronensäure, Hilchsäure
oder Essigsäure zusammensetzt und als basische Stickstoffverbindung Ammoniak in
Form einer zumindest 25#oigen wässrigen Lösung enthält, liefert sehr gute Ergebnisse.
Für die einzelnen Bestandteile haben sich folgende Gewichtsverhälthisse als besonders
vorteilhaft erwiesent 100 - 120 Gewichtsteile Glykol
10 - 40 Gewichtsteile Borsäure 40 - 80 Gewichtsteile Ammoniak
(25
7 - 12 Gewichtsteile Phosphorsäure 40 - 70 Gewichtsteile
Essigsäure Es werden dabei besonders gute Ergebnisse erhalten, wenn zumindest ein
Teil der Borsäurb und des Ammoniaks der Mischung in Form von Ammoniumpentaborat
zugesetzt ist. Der erfindungsgemäße Elektrolyt ist dünnflüspig und eignet sich gut
zum Imprägnieren von sogenannten Abstandhaltern (Papier und Gewebe). Er enthält
keine giftigen Bestandteile und greift Gummiabdichtungen nicht an. InfcLIge seiner
Niederchmigkeit ist er für tiefe Temperaturen einsetzb;-r und durch die Stabilität
des ElektrQ-lyten und seiner Verträglichkeit mit den Ventilmetallen, Oxydschichten
und den üblichen Abstandhaltern ist er auch für hohe Temperaturen bestens geeignet.
Er kann dabei sowohl als Formierlösung als auch als Bet2'iebselektrolyt verwendet
werden. Es hat sich weiterhin noch als besonders vorteilhaft erwiesen, dem erfindungsgemäßen
Elektrolyten Phenylglykolg vorzugsweise in einer Menge von 15 - 20 Gewichtsprozent,
bezogen
auf die in dem Elektrolyten enthaltene Glykolnienge, zuzusetzen. Durch das Phenylglykol
werden nicht nur die Tieftemperatur, sondern auch die Hochtemperatureigenschaften
weiter verbessert, der Widerstand ist sehr niedrig und außerdem wird eine Stabilitätsverbesserung
erzielt und vor nllem der G".,.sdruck bei hohen Temperaturen gesenkt. Die erfindungsgemäßen
Elektrolytzusammensetzungen können durch Einkochen auf Temperaturen übet
100 0 C weitgehend verestert und besonde-rs wasserarm eingestellt werden.
Dies führt ebenfalls zu einer weiteren Verbesserung ihrer elektrischen Eigenschaften
und ihrer Haltbarke it. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
näher erl2-;utert. Lin Vergleich mit ein-er wasserhaltigen Blektrolytzusammensetzung
zeigt dabei eindeutig die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Blektrolyten.
*
Beispiel 1A. Als Elektrolyt für Niedervoltkondensatoren
bis 100 V mit Aluminiumelektroden für den Temperaturbereich -40 bis +S5
0 C wurden 410 g Glykol 93 g Borsäure 230 g Ammoniak
(25 %)
35 g Phosphorsäure 231 g Essigeäure 0
gemischt
und auf eine Temperatur von 110 C eingekocht.
B.
' Dem vorstehend unter A beschriebenen Elektrolyten wurden zusc;#tzlich
210 g WI#aoser zugesetzt und der Ansatz wurde anschliäAend ebenfalls auf-110
0 C eingekocht.In practice, however, such capacitor electrolytes have proven to be unsuitable, especially for capacitors with aluminum electrodes, since they cause severe corrosion on the metal parts of the housing and on the electrodes, and thus have a high residual current and, secondarily, only have a short service life. In addition, they tend to crystallize out easily. It has now surprisingly been found that the properties of such a capacitor electrolyte from a polyhydric alcohol as a solvent, a banic nitrogen compound, two inorganic and. an organic acid, or its reaction products, can be significantly improved, contrary to the usual opinion, that no water is added as a solvent to the electrolyte and the basic nitrogen compound is only added in a water-poor form. It has proved to be particularly advantageous, the water content of the electrolyte is limited to the maximum amount to be-KI - introduced by addition of the basic Sticketeifverbindung in the form of an at least 25% by weight aqueous solution in your Blektrolyt limits. # .Y-the lack of or reduced water content completely prevents corrosion and significantly improves the temperature properties, extends the service life and also improves the electrical properties. To further reduce the water content, it has also proven to be particularly advantageous to add the basic nitrogen compound to the electrolyte in whole or in part in anhydrous form. The basic nitrogen compound was the Blektrolyten also be wholly or partly in the form of one or more of its salts * with the inorganic acids or the organischen'Säure be added. Particularly good results are achieved when ammonia is used as the basic nitrogen compound. An electrolyte, which is composed of glycol, boric acid and phosphoric acid as well as one of the organic acids tartaric acid, citric acid, hilic acid or acetic acid and contains ammonia as a basic nitrogen compound in the form of an at least 25% aqueous solution, gives very good results. Of the single components following Gewichtsverhälthisse have to be particularly advantageous erwiesent 100-120 parts by weight of glycol, 10 to 40 parts by weight of boric acid, 40 - 80 parts by weight of ammonia (25 7-12 parts by weight of phosphoric acid 40 - 70 parts by weight of acetic acid are thereby obtained particularly good results, if at least one Part of the boric acid and ammonia is added to the mixture in the form of ammonium pentaborate. The electrolyte according to the invention is thin and is well suited for impregnating so-called spacers (paper and fabric). It does not contain any toxic components and does not attack rubber seals It can be used for low temperatures and, thanks to the stability of the electrolyte and its compatibility with the valve metals, oxide layers and the usual spacers, it is also ideally suited for high temperatures become T. It has also even been found particularly advantageous, the electrolyte Phenylglykolg invention preferably in an amount of 15-20 weight percent, based on the information contained in the electrolyte Glykolnienge to add. The phenylglycol not only improves the low temperature but also the high temperature properties, the resistance is very low and, moreover, an improvement in stability is achieved and, above all, the pressure at high temperatures is reduced They are largely esterified at 100 ° C. and set to be particularly low in water. This also leads to a further improvement in their electrical properties and their durability. The invention is explained in more detail below with reference to a few exemplary embodiments Lead electrolyte composition clearly shows the superiority of the lead electrolyte according to the invention. * Example 1A. The electrolyte for low-voltage capacitors up to 100 V with aluminum electrodes for the temperature range -40 to + S5 0 C was 410 g glycol 93 g boric acid 230 g ammonia (25%) 35 g phosphoric acid 231 g of vinegar e acid 0 mixed and boiled down to a temperature of 110 C. B. 'to the electrolyte as described above under A were ZUSC; #tzlich 210 g WI # Aoser added and the reaction was anschliäAend also boiled down to 110 0 C.
Mit den vorstehenden Elektrolyten A und B wurden Kondensatoren
von 100 F für 15 V hergestellt. Die erzielten elektrischen Werte sind
in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
Tabelle 1
Elektrolyt C UF tgc(% I n. 3011
uA Z(l0OkHz)9.
A 111 599 418 ogig
B 104 3,9 3,8 0908
Nach 500 h spannungsloser Lagerung bei 70 0 C
A 101 895 62 0910
B 185 2191 960 0917
Bei dem Blektrolyten B mit Wasserzusatz mußte der Testversuch nach 500 Stunden
Lagerung bei 70 0 0 abgebrochen werden, weil Becher und Kathoden stLrk korodiert
waren (hoher Reststrom). Die Kondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten
hatten demgegenüber noch nach 4500 Stunden spannungsloser Lagerung bei
70 0 C gute elektrische Werte und zeigten keinerlei Korrosionserscheinungen.
Beispiel_2. Ein sowohl bei tieien Temperaturen als auch bei hohen Temperaturen anwendbrer
Blektrolyt wurde dadurch erhalten, daß
110 g Glykol
20 g Phenylglykol 25 g BorsVure 10 g Phosphorsäure
62 g Essigsi2ure 61 g Ammoniak (25 %)
zusammengemischt
und zur weiteren Verringerung des '#iassergehaltes und zur Veresterung auf 120
0 C eingekocht wurden. Der so erhaltene Blektrolyt war sehr niederohmig.
Er zeigte einen niedrigen ScheinwiderstLnd und Verlustfaktor und war bei Temperaturen
von -400C bis +1000 C anwendbe.r. Gegenüber dem in Beispiel 1 beschriebenen
erfindungsgemäßen Blektrolyten ohne Phenylglykol wurden mit dem vorstehenden Elektrolyten
verbesF#erte elektrisehe Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich erz--ielt,
der Widerstand war niedriger und der G."sdruck bei hohen Temperaturen geringer.
Der Elektrolyt zeichnete sich weiterhin durch niedrige Viskosität, gute Imprägniereigenschaften
und hohe Stabilität aus.With the above electrolytes A and B, capacitors of 100 F for 15 V were made. The electrical values achieved are compiled in the table below. Table 1
Electrolyte C UF tgc (% I n. 3011 uA Z (10OkHz) 9.
A 111 599 418 above
B 104 3.9 3.8 0908
After 500 h storage at 70 ° C. without tension
A 101 895 62 0910
B 185 2191 960 0917
In the case of lead electrolyte B with added water, the test had to be terminated after 500 hours of storage at 70 0 0 because the cup and cathodes were severely coroded (high residual current). In contrast, the capacitors with the electrolyte according to the invention had good electrical values even after 4500 hours of storage without voltage at 70 ° C. and showed no signs of corrosion. Example_2. A lead electrolyte that can be used both at low temperatures and at high temperatures was obtained by mixing together 1 10 g of glycol 20 g of phenylglycol 25 g of boric acid 10 g of phosphoric acid 62 g of acetic acid 61 g of ammonia (25%) and, to further reduce the water content and were boiled down to 120 0 C for esterification. The lead electrolyte obtained in this way had a very low resistance. It showed a low impedance and dissipation factor and was applicable at temperatures from -400C to + 1000C. Compared to the lead electrolyte according to the invention described in Example 1 without phenylglycol, improved electrical properties were achieved with the above electrolyte in a wide temperature range, the resistance was lower and the gas pressure was lower at high temperatures. The electrolyte was also characterized low viscosity, good impregnation properties and high stability.