DE1639275A1 - Electrolyte for electrolytic capacitors - Google Patents
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Description
Elektrolyt für Elektrolytkondensatoren Es ist eine charakteristische Eigenschaft von Aluminium-Elektrolytkondensatoren, daß sie bei erhöhter Temperatur während des Betriebes, noch mehr bei spannungsloser Lagerung, zu einer Zunahme der Kapazität und-des Reststromes neigen. Diese Erscheinung wird auf die Korrosion des Aluminiums zurückgeführt. Die Ursachen hierfür sind noch nicht in allen Einzelheiten bekannt und sind von komplexer Natur. Jedoch ist es bekannt, daß verschiedene Ionen, besonders die Chlorid-, Sulfat- und Nitrat-Ionen, die - wenn auch in Spuren - Immer In den fertigen Kondensatoren vorhanden sind, deren Lebensdauer verkürzen. Weiterhin spielen die Im Elektrolyt vorhandene Wassermenge und der pH-Wert der Elektrolytiösung eine sehr bedeutende Rolle.Electrolyte for electrolytic capacitors It is a characteristic property of aluminum electrolytic capacitors that they tend to increase in capacity and residual current at elevated temperatures during operation, and even more so when stored without voltage. This phenomenon is attributed to the corrosion of the aluminum. The reasons for this are not yet known in detail and are of a complex nature. However, it is known that various ions, especially the chloride, sulfate and nitrate ions, which - albeit in traces - are always present in the finished capacitors, shorten their service life. Furthermore, the amount of water present in the electrolyte and the pH value of the electrolyte solution play a very important role.
Solche elektrolytische Kondensatoren werden aus einem Paar von Elektroden hergestellt, von denen mindestens eine aus einem Metall besteht, das auf seiner Oberfläche einen dielektrischen Oxidfilm trägt. Dieser Oxidfilm kann anodisch formiert, durch Luftoxidation,auf sonstigem chemischern oder physikalischem Wege aufgebracht werden und steht an seiner Oberfläche mit einem Elektrolyten In Kontakt. Die Kapazitäts- und Reststromzunahme hängt mit einer fortschreitenden Veränderung des Oxidfilms während des Betriebes z usammen. So stellt der Oxidfilm bei Aluminiumelektroden ursprünglich eine gleichmäßige, schwache Interferenzfarben aufweisende Schicht dar. Während der Benutzung des Kondensators bilden sich stellenweise matte Flecken. Ähnliche Erscheinungen treten auch bei Elektroden aus anderen oxidfilmbildenden Metallen auf, wie Tantal und Niob.Such electrolytic capacitors are made up of a pair of electrodes made, at least one of which consists of a metal that is on its Surface carries a dielectric oxide film. This oxide film can be formed anodically, applied by air oxidation, by other chemical or physical means and is in contact with an electrolyte on its surface. the The increase in capacity and residual current depends on a progressive change in the Oxide film together during operation. So is the oxide film in aluminum electrodes originally a uniform, weak interference-colored layer. When the capacitor is in use, dull spots appear in places. Similar Phenomena also occur with electrodes made of other oxide film-forming metals on, like tantalum and niobium.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß Ammoniumsalze aliphatischer ein- oder mehrwertiger Carbgnsäuren, die noch eine oder mehrere Hydroxylgruppen in der Kohlenstoffkette aufweisen, insbesondere solche Ammoniumsalze, die in wesentlichen Mengen in den Elektrolyten der Kondensatoren löslich sind, im Vergleich zu den wäßrigen borsäure- und glykolhaltigen Elektrolyten den elektrischen Strom gut leiten, auf Aluminium oxidierend wirken und auch bei längerem Gebrauch nur noch geringe Veränderungen an dem Oxidfilm hervorrufen.The invention is based on the discovery that ammonium salts are more aliphatic mono- or polyvalent carbamic acids that still have one or more hydroxyl groups have in the carbon chain, especially those ammonium salts that are essentially Quantities are soluble in the electrolytes of the capacitors, compared to the aqueous ones Electrolytes containing boric acid and glycol conduct the electrical current well Aluminum has an oxidizing effect and only minor changes even with prolonged use on the oxide film.
Wie bereits erwähnt, wirken bestimmte Ionen, Wasser und von einem Optimum abweichende pH-Werte der Elektrolytlösung korrodierend auf Metalle, insbesondere auf Aluminium.As mentioned earlier, certain ions, water and from one, work Optimally deviating pH values of the electrolyte solution corrosive to metals, in particular on aluminum.
Diese Nachteile werden weitgehend aufgehoben durch die Verwendung des Elektrolyten gemäß der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, daß der Elektrolyt aus einer Lösung von einer oder mehreren aliphatischen Hydroxycarbonsäuren, Ammoniak und einem oder mehreren allphatischen Aminen besteht und als Lösungsmittel ein Glykol enthält.These disadvantages are largely offset by the use of the electrolyte according to the invention, which is characterized in that the electrolyte from a solution of one or more aliphatic hydroxycarboxylic acids, ammonia and one or more allphatic amines and a glycol as a solvent contains.
Dieser Elektrolyt ist weitgehend wasserfrei; die mit Wasser verdünnte Lösung zeigt je nach Konzentration der Bestandteile eine neutrale oder schwach saure Reaktion. Elektrolytiösungen, die aus einem Ammoniumsalz von Weinsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Gluconsäure, Pyruvinsäure oder deren Gemtischen bestehen und bei denen ein Glykol als Lösungsmittel verwendet 1-st, weisen schon bei mäßigen Konzentrationen n-ledrige spezifische Widerstände auf, wirken jedoch korrosiv. Andererseits erreicht man mit nur organischen Aminen der oben erwähnten Säuren In Glykolen als Lösungsmittel die erwünschten Leitfähigkeitswerte nicht, so daß der elektrische Veriustfaktor der Kondensatoren nachteilig beeinflußt wird. Durch Kombination beider Prinzipien erreicht man jedoch die erwünschten Leitfähigkeitswerte mit sehr stark verminderter Korrosionswirkung.This electrolyte is largely anhydrous; the diluted with water Depending on the concentration of the constituents, the solution is neutral or weakly acidic Reaction. Electrolytic solutions made from an ammonium salt of tartaric acid, Lactic acid, citric acid, gluconic acid, pyruvic acid or their mixtures and in which a glycol is used as a solvent 1-st, show even in moderate Concentrations of n-leathery specific resistances, but have a corrosive effect. on the other hand can be achieved with only organic amines of the acids mentioned above in glycols as Solvent does not have the desired conductivity values, so that the electrical Loss factor of the capacitors is adversely affected. By combining both In principle, however, the desired conductivity values can be achieved with very strong reduced corrosion effect.
Im folgenden werden Beispiele für den Elektrolyten gemäß der Erfindung angegeben.The following are examples of the electrolyte according to the invention specified.
Beispiel 1: 15 Teile D(+)-Weinsäure, 3 Teile Monoäthanolamin, 2 Teile Diammoniumtart - rat werden in 80 Teilen Äthylenglykol bei 175 0 C gelöst. Es entsteht eine dünnflüssige, leicht gelblIch gefärbte Lösung, die einen spezifischen Widerstand von 510.rL.cm bei 50 0 C zeigt. Die Maximalspannung dieses Elektrolyten liegt bei 130 Volt. Example 1: 15 parts of D (+) - tartaric acid, 3 parts of monoethanolamine, 2 parts Diammoniumtart - rat are dissolved in 80 parts of ethylene glycol at 175 0 C. A thin liquid, slightly yellowish colored solution is formed, which shows a specific resistance of 510.rL.cm at 50 ° C. The maximum voltage of this electrolyte is 130 volts.
Beispiel 2: 15 Teile Bis-(tert. butylammonium)-tart --' rat, 4 Teile sec. Ammoniumcitrat werden bei 1300C In 81 Teilen Äthylenglykol gelöst. Die dünnflüssige Lösung weist eInen spez. Widerstand von 275-('#.cm bei 50 0 C auf. Die Maximalspannung dieses Elektrolyten liegt bei 140 Volt,. Beispiel 3: 11,7 Teile D(-)-Milchsäure, 3 Teile Diäthylamin, 1 Teil konzentrierter Ammoniak werden In 84,3 Teilen Äthylenglykol bei 1300C gelöst. Die erhaltene Elektrolytiösung zeigt einen spezifischen Widerstand von 310-P,-cm bei 50 0 C. Die Maximalspannun g liegt bei 115 Volt. Example 2: 15 parts of bis (tert. Butylammonium) tartarate, 4 parts of sec. Ammonium citrate are dissolved in 81 parts of ethylene glycol at 130.degree. The thin liquid solution has a spec. Resistance of 275 - ('#. Cm at 50 0 C. The maximum voltage of this electrolyte is 140 volts. Example 3: 11.7 parts of D (-) - lactic acid, 3 parts of diethylamine, 1 part of concentrated ammonia are In 84 , 3 parts of ethylene glycol dissolved at 1300C. The electrolyte solution obtained has a resistivity of 310-P, -cm at 50 0 C. The Maximalspannun g is 115 volts.
Beispiel 4: 10 Teile sec. Ammoniumcitrat, 1 Teil Bis-(tert.butylammonium)-citrat werden In 89 Teilen Äthylenglykol bei 170 0 C gelöst. Example 4: 10 parts of ammonium sec, 1 part of bis (tert.butylammonium) citrate are dissolved in 89 parts of ethylene glycol at 170 0 C..
Die dünnflüssige dunkelgrUn gefärbte Lösung weist einen spezifIschen Widerstand von 2351L-cm bei 500 C auf. Die MaXimalspannung dieses Elektrolyten liegt bei 125 Volt.The thin, dark green colored solution has a resistivity of 2351L-cm at 500 ° C. The maximum voltage of this electrolyte is 125 volts.
Es besteht die Möglichkeit, daß der für die Imprägnierung zubereitete Elektrolyt durch die Temperaturbehandlung beim Lösen chemische Veränderungen erleidet. So kann beispielsweise die Zitronensäure bei erhöhter Temperatur durch Abspaltung von Wasser in cis- oder trans-Aconitsäure übergehen.There is a possibility that the one prepared for impregnation Electrolyte undergoes chemical changes due to the temperature treatment when dissolving. For example, citric acid can be split off at an elevated temperature convert from water to cis- or trans-aconitic acid.
Es seien h.ler noch einige typische Daten über das Verhalten von Kondensatoren aufgeführt, die mit den oben erwähnten Elektrolyten imprägniert wurden.Let me give you some typical data about the behavior of capacitors listed, which were impregnated with the above-mentioned electrolytes.
Zum Vergleich wurden Aluminlum-Wlckelkondensatoren von 22/uF/25 V, 200/uF/50 V und 15/uF/80 V mit einem Elektrolyten aus Borsäure, Äthylenglykol, Ammoniak und Wasser sowie mit einem Elektrolyten gemäß der Erfindung hergestellt und unter - Nennspannung bei 100 0 C geprüft.For comparison Aluminlum-Wlckelkondensatoren were of 22 / uF / 25 V, 200 / uF / 50 V and 15 / uF / 80 V with an electrolyte of boric acid, ethylene glycol, ammonia, water, and with an electrolyte prepared according to the invention, and - Voltage checked at 100 ° C.
Die borsäurehaltigen Kondensatoren fielen bereits nach 1 bis 2 Tagen durch sehr starken Anstieg der Restströme aus, wobei durch Gasentwicklung die Verschlüsse herausgedrQckt wurden. Dagegen waren die mit dem Elektrolyten gemäß der Erfindung imprägnierten Kondensatoren nach 500 Stunden und zwar unter sonst gleichen Bedingungen wie die borsäurehaltigen Kondensatoren, noch kaum verändert.The boric acid-containing capacitors failed already after 1 to 2 days due to a very strong increase in the residual currents, with the seals being pushed out by the evolution of gas. In contrast, the capacitors impregnated with the electrolyte according to the invention were hardly changed after 500 hours, under otherwise identical conditions as the boric acid-containing capacitors.
Der spezifische Widerstand des Elektrolyten gemäß der Erfindung Ist
auch Im Hinblick auf sein Temperaturverhalten vorteilhafter, wie die nachstehende
Tabelle zeigt.
Claims (1)
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1968
- 1968-02-02 DE DE19681639275 patent/DE1639275B2/en active Pending
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