DE1901895A1 - Trockenelektrolytkondensator und Verfahren zur Herstellung des Trockenelektrolyten - Google Patents
Trockenelektrolytkondensator und Verfahren zur Herstellung des TrockenelektrolytenInfo
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Description
DIPC-ΙΝΘ. CURTWALLACH
. QDNTHCR KOCH
OR. TINO HAJBACH
. QDNTHCR KOCH
OR. TINO HAJBACH
• MUNCHINi
1901895 1 5. JAN. 1961
»am
11790 - H/We
MATSUSHITA BUSCTRIC INDUSTRIAL· CO., LTD,,
Kadooa-shl, Osaka / Japan
des Trookenelektrolyten
Die Erfindung betrifft einen Trockenelektrolytkondensator und «In Verfahren zur Herstellung des Trookenelektrolyten.
Durch anodiaohe Oxydation von Aluminium, Tantal, Titan usw.
läßt sich ein Dielektrikum*film erzeugen, der gleichmäßig
und sehr dünn ist und eine verhältnismäßig höh« Dielektrizitätskonstante
besitzt und sich daher zur Verwendung als Dielektrikum in Kondensatoren eignet. Es ist bekannt, daß
zur Erhöhung der Betriebsspannung eines einen derartigen dielektrischen Film aufweisenden Kondensators die Kathode
des Kondensators aus einer Elektrolytlösung bestehen sollte. Dieser Elektrolyt miß, um als wirkliche Kathode zu wirken,
folgend· Eigenschaften besitzen: (1) Selbstheilungsvermögen besUglioh teilweiser Zerstörung des Files, (2) hohe elektrische
Leitfähigkeit sur Vermeidung von Kondensatorverlusten. Diese vorstehenden Bedingungen werden von Mangandioxyd gut
•rfttllt« das daher heute praktisch als Elektrolyt für derartige
Trockenelektrolytkondens&toren verwendet wird. Oa Je-
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doch das Mangandioxyd auf dem dielektrischen Film durch
thermische Zersetzung von Mangannitrid abgeschieden wird,
nimmt der Elelctrodenfilm unvermeidbar duroh die Salpetersäure
und die zur thermischen Zersetzung erforderllohe Temperatur (etwa 300° C) Schaden. Die^bedeutet einen ηloht
verringerbaren Leokstrom.
Der vorliegenden Erfindung liegt ale Aufgab« die Sohaffung
eines Trockenelektrolytkondensator mit einer Elektrolyt-βübetanχ
zugrunde, zu deren Herstellung keine thermieohe Zersetsung erforderlich 1st und die daher keine Gefahr einer
Beschädigung des Dielektrikumfilms mit sieh bringt.
als Elektrolyt eine organische Substanz in Oestalt einer
zur Filmbildung befähigten LadungeUbertragungs-Komplexverbindung
dient.
Durch diese erflndungsgemäie Ausbildung» bei welcher eine
thermische Zersetzung, wie sie für Hangsndloxyd erforderlich
ist, entbehrlich wird, kann das Verhältnis von Formierungsepannung
zu Arbeite- oder Betriebsspannung stark verringert werden.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen in der Vereinfachung der Herstellungs-Verfahrenssohrltte und der Erzielung einer
verbesserten Ausbeute des Herstellungsverfahrens.
Im folgenden werden bevorzugte AusfUhrungsbeisplele der Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben; die Zeichnung zeigt eine Schnittansicht eines Trockenelektrolyt-Kondensators
gemäß einem AusfUhrungsbeieplel der Erfindung.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Elektrodenzuleitung bezeichnet, 2 ist ein Aluminium- oder Tantal-Stab, auf dessen Ober-
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fliehe «in dünner Oxydfilm des betreffenden Netalle erzeugt
let; 3 1st ein erflndungsgemäß aus einer Ladungs-Ubertragungs-Komplexverbindung
bestehender Trockenelektrolyt, k let eine iur Heraueführung der „reiten Zuleitung dienende überzugssohioht
auf den Elektrolyten JJ.
Organische Stoffe sind gewöhnlioh Isolatoren mit eine«
spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 10 Ohm . on
unter Intrinsic-Bedingungen. Werden jedooh «l.e Verbindung
■it einer atatlv hohen Blektronentifflnität (im folgenden
als Akzeptor bezeichnet) und eine andere Verbindung alt einem niedrigen Xoaisatftbnepotentlal (im folgenden als
Donor bexeiohnet) naoh einem geeigneten Verfahren gemischt, so wird die elektrische Leitfähigkeit des hierbei erhaltenen
Pestkörpermateriala außerordentlich hoch im Vergleich zu
den Leltfählgkeltaeigeneohaften der Ausgangsstoffe. Dies
beruht auf einer durch die Delokallslerung bzw· Verschiebung
▼on Elektroden zwischen den beiden chemischen Ausgangeverbindungen
hervorgerufene Zunahme der intermolekularen Kräfte und der elektronischen {Leitfähigkeit. Falle die beiden Ausgangsstoffe
schwach ge} oppelt sind, bilden sie eine sogenannte chemische "LadungsUbertragungs-Verbindung", während
sie bei starker Kopplung ein sogenanntes 'ftadlkalsalz" bilden.
Zwar wird allgemein angenommen, daß der StromfluS durch
derartige als "Donor-Akzeptor-Verbindungen" bezeichnete
stark leitende organische Substanzen ein Elektronenstrom ist; jedoch hat eich'ergeben, das derartige Stoffe Oxydationsvermögen
gegenüber Netallen der oben erwähnten Art besitzen, sofern die organische Substanz einen geeigneten Akzeptor
enthält. Als Akzeptorsubstanz eignet eloh in diesem Zusammenhang
ein Akzeptor, der allgemein als starkes Oxydationaagens
bekannt ist; in Kombination mit dem Donor ergibt er einen Halbleiter, welcher eine hohe elektrische Leitfähigkeit
besitzt und gleichzeitig seine oxydierende Eigenschaft behält. Damit sind die gemäß der Erfindung an den Elektrolyten
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des Kondensators zu stellenden Bedingungen in vollkommener Weise erfüllt.
(o.d.)
Dl· aus Tetranitropyren und Dlbenzophenothiazinyin äquimolaren
Mengen hergestellt· organische Substanz besitzt einen spezifischen Widerstand von etwa 100 Ohm . om. Bei Aufbringung
•in·· Qxydfilm-Ub^rzugs aus dieser Substanz und Anlegen
•ln«r Spannung von 30 V ninfcnt der Leokstrom innerhalb drei
Minuten auf etwa 1/2 oder 1/3 des Anfangswerts ab. Hieraus ist das Pilmblldungevermögen der Substanz offensichtlich.
Di· aus Phenylboreäure und Tetrathlotetraoen in äquimolaren
Mengen hergestellt« organische Substanz besitzt einen spezifischen
Widerstand von etwa 3000 0hm.om . Bei Verwendung dieser organischen Substanz als Elektrolyt und Anlegen
einer Spannung von 30 Volt an den Kondensator nimmt der Leokstrom auf «twa 2/3 des anfänglichen Werts ab. Das PiImbildungavermögen
der Substanz ist daraus offenkundig.
Als Akzeptorkompcnente wird ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit Ghinonsystem verwendet. Für die Denorsubstanz eignen
sich am besten aromatische Amine, wie beispielsweise Diaminopyren.
Beispielsweise zeigt eine chemieohe Verbindung aus
p-Chinon und Phenothiasin (in Mquimolaren Mengen) einen
•pezifisohen elektrischen Widerstand von weniger als 10* Ohm.cm·
B·! Anlagen «iner Anodenspannung von 30 Volt an Aluminium
nient der Leoketronu in drei Minuten auf etwa 1/3 des anfänglichen
Werts ab. Mit halogensubstituierte Kohlenwasserstoffe mit Chinonsystem, d.h. Chloranil und Brossanil können mit
Diaminopyren und Dibenzopheiiothiazin eine Verbindung mit
einem außerordentlich niedrigen spezifischen Widerstand
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(100 bis 500 Ohm.cm) und guten oxydierenden Eigenschaften
bilden. Wegen den Vorhandensein von Halogenionen eignen sie sioh Jedoch nicht zur Anwendung bei einem Aluminium-Elektrolytkondensator,
und werden hauptsächlich für Tantal oder Titan verwendet. (Falle jedoch das AuBgangeraaterial hin·
reichend rein let, können sie auoh für Aluminium verwendet
werden).
Mit Hilfe der nachfolgend beeohr!ebenen besondere vorteilhaften
Aueführung«forn der Erfindung läßt sioh der epezifieohe
elektrliohe Widerstand dee oben erwähnten Elektrolyten
Qooh welter verringern, woduroh man einen verlustarmen Feetetoff-
oder Trockenelektrolytkondensator erhält. Gemäß dieser Aueführung«for« der Erfindung ist vorgesehen, dafl
Verbindungen, weiche trotz ihres OxydationsVermögens wegen
ihrem hohen spezifischen Widerstand nicht als Elektrolyt geeignet sind, durch Verringerung des Wertes des spezifischen
Wlderetandee verwendbar gemacht werden können, in diesem
Zusammenhang let gemäß einer bevorzugten Ausführungeform
der Erfindung eine ,Erhöhung der elektrieohen Leitfähigkeit der Verbindungen durch Zugabe einer kleinen Oraphitmenge
su den oben erwähnten organleohen Donor-Akzeptor-Koraplex-Verbindungen
vorgesehen.
Als Akzeptor- und Donorkomponenten eignet sich Jede beliebige
der oben erwähnten Verbindungen; la folgenden werden hler zur Erläuterung speziell Pikrinsäure und Fhenothiazln mit
hohem spezifischen Wideretand verwendet. Der duroh Ausfällung der Verbindungen aus der flüssigen Phase in Äthylalkohol
oder durch Erhitzen und Mischen im Vakuum erhaltene Kristall zeigt einen spezifischen Widerstand von 10' 0hm.cm. Wird
dieses kristalline Material mit Graphit oder Kohlenstoffpulver gemischt, so nimmt der spezifische Widerstand der
Verbindung merklich ab. Beispielsweise wird der spezifische Widerstand durch Zugata von 10 Gew.£ Qraphitpulver von dem
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oben genannten Wert auf ICr Ohm.cm herabgesetzt.
AIb Orund hierfür darf man folgendes annehmen. Da der Oraphlt
Ko&ienatoff eine mittlere Elektronenaffinität und ein
mittleres IoniaationspotentIaI besitzt, wirkt er einerseits
ale Donor gegenüber des Akzeptonsaterial (im hler
gewühlten Beispiel Pikrinsäure) und andererseits als Akzeptor gegenüber dem Donor-material (im hier gewählten
Beispiel Fnenothlazln. Als Polge hiervon wird die Delokalisierung
bsw. Verschiebung von Elektronen in dem Kristall intensiviert. Auf diese Weise wird es eöglloh, durch Zugabe
veränderlicher Msngen an Oraphltpulver den spezifischen Widerstand der Verbindungen Über einen Bereich von etwa
drei Größenordnungen nach Wunsch wahlweise einzustellen. Bei Zugabe UberaäBiger Qraphitmengen verringert sich Jedoch
die oxydierende Eigenschaft. Die Graphitzugabemenge sollte daher höchstens weniger als 50 % betragen.
Das wesentliche dieser bevorzugten Ausführung«form besteht
darin, dafl sich dsr spezifische elektrische Widerstand
der organischen Donor-Akzeptor-Verbindung mit oxydierender Eigenschaft und einem geeigneten Akzeptor durch Zugabe von
Qraphitpulver wahlweise verändern läßt. Da die Durohbruchsepannung
des Elektrolytkondensator vom spezifischen Widerstand der Elektrolytsubstanz abhängt, kann sie gemäß
dieser bevorzugten Ausfuhrungsform durch entsprechende Wahl
der Graphitzugabemenge kontrolliert werden.
Ib folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer als erfindungsgemäße Elektrolytsubstanz geeigneten Verbindung
anhand eines AusfUhrungsbeispiels beschrieben.
(1) Die zu verwendenden Donor- und Alczeptorstoffs
werden in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Beispielsweise ist bei der erwähnten Kombination mit Pikrinsäure und
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Phenothiazin Äthylalkohol (auf Zimmertemperatur) ein geeignetes
Lösungsmittel; für die Kombination Pikrinsäure und Dibenzophenothlazin 1st Benzol auf einer Temperatur von
50 bis 70° C ein geeignetes Lösungsmittel.
(2) LKIt nan diese Lösung einen ganzen Tag und •in· ganz« Macht stehen, so fällt am Boden des Oefäßes
die Donor-Akzeptor-Verbindung aus. In diesem Falle verbinden
sioh die Akzeptor- und die Donoreubstanz in äquimo-Mengen.
Di· Ausfällung wird gefiltert und getrocknet.
(3) Dl· so erhalten· Verbindung wird weiter mit einer vorgeschriebenen Menge der Akzeptorsubetanz (im vorliegenden
Beispiel Pikrinsäure) gemischt und gemahlen. Da dl· Zugab· der Akzeptorsubatanz im neutralen Zustand erfolgt,
erhöht da« Akzeptoreol«kUl die oxydierende Eigenschaft der
Verbindung. Dieser zugefügt« Akzeptor spielt des weiteren auch die gleiche Rolle **if in einem anorganischen Halbleiter
und verwandelt dl· Donor-Akifü>o?-Verbindung in einen
p-Halbleiter. Die clelr^rlso^^ Lel£?&uglce*t der Elektrolytsubetanz
nimmt «inen Maximalwert für eine gegab^-ie übersohuSkonzentration
des Akzeptormat«rials an, und zwar erhöht sioh die elektrische Leitfähigkeit um ein fcle sw«i
Größenordnungen, verglichen mit dem Wert ohne Zugabe d■■.&
Akzeptor-Ubersohuases. Auf diese Weise lassen sich die Ei~*t.a
•dhmften der Blektrolyteubstanz für einen Kondensator frei
beeinflussen und verändern.
Bei den vorstehend beschriebenen AusfUhrungsbelspi«! wird
zur Herstellung dar Donor-Akzeptorverbindung nioht von einer
Mischung der Komponenten in einem vorgegebenen Verhältnis ausgegangen, sondern zunächst eine vollkommene Verbindung
mit bekannten Bestandteilen unter Verwendung eines Lösungsmittels hergestellt» Die Akzeptorsubstanz wird dem Lösungsmittel
zugegeben, und zwar zur erwünschten Beeinflussung des
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Oxydationaverhaltens, der elektrischen spezifischen Leitfähigkeit und der p-Halbleitertendenz.
Auf diese Welse läßt sich gemäß der Erfindung nicht nur
eine gute Leitfähigkeit erzielen, sondern es können auch die Ubrigtn Eigenschaften in einfacher Weise beeinflußt werden.
- Patentansprüche -
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Claims (4)
- PatentansprücheI* Trockenelektrolytkondensator, gekennzeichnet duroh ein· Elektrode (2) aue «inen zur Bildung eines Oxydfllas geeigneten Metall sowie duroh eine Elektrolytsubstanz (3) la Oeetalt einer LadungsUbertragunge-Komplexverbindung.
- 2. Trockenelektrolytkondensator nach Anspruch 1, daduroh g β kennzeichnet, dafi die als Troakenelektrolyt dienende LadungsUbertragungs-Komplexverblndung aus einer aromatischen Nitroverbindung als Akzeptorkomponente und einem aroeatischen Anin als Donorkomponente besteht.
- 3. Trookenelektrolytkondenaator nach Anspruch 1, daduroh g β kennzeichnet , daß die als Trookenelektrolyt dienende LadungsUbertragungs-Komplexve^bindung als Akzeptorkoeponente eine aromatisohe Borenureverbindung aufweist.
- 4. Trookenelektrolytkondeneator nach Anspruoh 1 oder 2, daduroh gekennzeiohnet , daß die als Elektrolyt dienende LadungsUbertragungs-Kooplexverbindung als Akzeptorkoaponente einen aromatischen Kohlenwasserstoff mit Chlnonsystem aufweilt .5· Trocken elektrolytkondensator naoh einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, daduroh gekennzeiohnet, dafi der als Elektrolytsubstanz dienenden Ladungsübertragung-Koeplexvorbindung eine kleine Menge Graphit zugesetzt 1st.6· Verfahren zur Herstellung des Trockenelektrolyten für einen Kondensator nach einem oder mehreren der vorhergehenden An-009813/1057sprUohe, dadurch gekennzeichnet, daß die duroh Ausfüllung in einem geeigneten Lösungsmittel hergestellte organische Donor-Akzeptor-Verbindung mit einem Obereohuö der Akzeptorsubstanz gemleoht wird.009813/1057
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3636100A1 (de) * | 1986-10-23 | 1988-05-05 | Roederstein Kondensatoren | Festkoerperkondensator mit einem elektrisch leitfaehigen polymeren als bestandteil des festelektrolyten |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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1969
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- 1969-01-17 FR FR6900811A patent/FR2000481A1/fr not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| DE3636100A1 (de) * | 1986-10-23 | 1988-05-05 | Roederstein Kondensatoren | Festkoerperkondensator mit einem elektrisch leitfaehigen polymeren als bestandteil des festelektrolyten |
Also Published As
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| DE1901895B2 (de) | 1970-10-08 |
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