DE2161844A1 - Elektrolytischer Kondensator - Google Patents
Elektrolytischer KondensatorInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH
München 71,
Melchiorstr. 42 10. Dezember 1971
Unser Zeichen: Λ 12 366
HANDEL UND IUVESTiIENTS A.C.
6300 Sug/Schweiz
Gartenstrasse 2
Elektrolytischer Kondensator
Die Erfindung betrifft einen elektrolytischen Kondensator und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei bekannten elaktrolytischen Kondensatoren, beispielsweise bei
Tantal-Kondensatoren mit einem flüssigen Elektrolyt und mit gesinterter
Anode und einer Silber-Kathode, kann eine elektrochemische Wechselv/irkung unter bestimmten Betriebsbedingungen
zwischen dem flüssigen elektrolyt und der Silber-Kathode mit
nachteiligen Auswirkungen eintreten. Wenn beispielsweise der Kondensator im Betrieb einem überlagerten welligen Wechselstrom
ausgesetzt vird oder wenn eine kontinuierliche Ladung und Entladung
erfolgt, so wird die Silber-Kathode abwechselnd entweder
kathodisch oder anodisch polarisiert, wobei während der anodischen Polarisierunq Silber in die Lösung eingeführt und danach während
d<"-r kathodischen Polarisierung entweder an der Anode oder der
silber-Kathode v/ieder abgelagert wird. Wegen dieser elektrochemischen
Wechselwirkung kann die Kapazität des Kondensators abnehren und der Vorluststrom und der Verlustfaktor können zunehmen.
Besonders nachteilig hierbei ist, daß sich eine Kurzschluß-
Lh/fi brücke
209830/0949 BADORiG1NAL
Z A 12 366
brücke aus Silber zwischen der Anode und der Kathode bilden kann, V7odurch der Kondensator vollständig ausfällt.
Die Erfindung sucht diese Nachteile zu vermeiden und einen Kondensator
zu schaffen, bei dem keine derartige Wechselwirkung auftritt.
Erfindungsgemäß wird dies bei einen elektrolytischen Kondensator
mit einer gesinterten porösen Anode, einem flüssigen Elektrolyt und einer Kathode dadurch erreicht, daß die Kathode aus einen
elektro-cuenisch inerten Material besteht, deren durch das Elektrolyt
benetzte Oberfläche einen Jberzuq aus einem Material aufweist,
das aus einem der Platin-'ietalle besteht oder wenigstens
eines dieser '!etalle enthält.
Geeignete elektro-chemische inerte "ietalle sind Röhren-Metalle
(valve metals), wie Tantal, Niobium, Zircon, Hafnium, Wolfram und Aluminium. Das Überzugsmaterial wird auf die Oberfläche der
Kathode zweckmäßigerweise durch thermischen Zerfall einer keramischen Farbe aufgebracht (ceramic paint).
Die Kathode kann durch das Außengehäuse des /Kondensators oder durch eine dünne Folie gebildet sein, die an der Innenseite des
äußeren Gehäuses des Kondensators angebracht ist.
Eine beispielsweise Ausführuncrsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
zeigt.
Der dargestellte elektrolytische Kondensator hat eine gesinterte poröse stabartige Anode 1, beispielsweise aus Tantal oder Niobium,
mit einem Anschlußdraht 2 aus demselben Material wie die mit ihm
verbundene Anode, ein äußeres Gehäuse 3, in welchem die Anode 1 eingebaut und dicht eingeschlossen ist, sowie ein flüssiges
Elektrolyt 4, beispielsweise Schwefelsäure, die den Raum zwischen
- 2 - der
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A 12
der Anode 1 und dem Gehäuse 3 füllt. Das Gehäuse 3 kann die
Kathode des Kondensators bilden, wobei sie in diesem Fall aus einem elektro-chemisch inerten Material besteht, beispielsweise
einem P.öhren-'letall, wie Tantal, niobium, Titan, Zircon,
Hafnium, Wolfram oder Aluminium. Ein Anschlußdraht 5 ist mit
der Kathode 3 verbunden.
Die Kathode 3 sollte zweckmäßigerweise eine große Kapazität haben, d.h. die dem Elektrolyt 4 ausgesetzte Oberfläche sollte
groß sein und sie sollte einen möglichst kleinen ohmschen
widerstand aufweisen. Bei bekannten eloktrolvtischen Kondensatoren
wird dies erreicht entweder -'.urch ^rerwendung »iner gesinterten
Kathode oder durch elektro-chenisches Schwarz-Pletinieren
der Oberfläche der Kathode, cH.o durch das Elektrolyt benetzt
wird. Beim erfindungsgemäßen Kondensator wire? die geforderte
Kapazität der Kathode und der gewünschte ohmsche Widerstand
durch eine Schicht oder einen ^lerzug β aus einem "iaterial
erreicht, das aus einem der Platin-Metalle besteht oder wenigstens ein solches .Metall enthält, wobei diese Schicht auf der oberfläche
der Kathode angebracht ist, die durch das Elektrolyt benetzt wird. Die Schicht 6 wird auf der Oberfläche der Kathode
durch thermischen Zerfall einer keramischen Farbe aufgebracht, die beispielsweise Platin, eine Platin-Iridium-Legierung,
Palladium, eine Palladium-COld-Legierung oder Ruthenium enth'ilt.
Der thermische Zerfall wird bei einer Temperatur von wenigstens 300 C durchgeführt, wobei die verwendete Temperatur von der verwendeten
keramischen Farbe (ceramic paint) abhängt. Versuche haben gezeigt, daß ein auf diese Weise angebrachter Überzug zu
Kathoden-Kapazifiten in der Größenordnung von SOOO/HF/cn"' führt
bei einem ohmschen Widerstand von weniger als 0,5 Ohm. Oxo Kathode kann andererseits aus einer clännon Folie aun einem
οlektro-chemisch inerten "Material bestehen, die an der Innenfläche
des Gehäuses; 3 angebracht ist. nas Gehäuse 3 kann in diesem 1^aIl
aus 'totall oder 'Tichtmetall bestehen. Bei dieser Ausführungsform
wirr! der "Jborzug G auf die dünne 1^oIiO aufgebracht ehe diese an
-- 3 - Geh-"UHO
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BAD ORIGINAL
A 12 366
Gehäuse angebracht wird, wobei hier der Draht 5 an die Folie angeschlossen wird.
Der Überzug 6 kann aus einer oder mehreren Schichten der keramischen
Farbe gebildet sein. Praktisch wird die Oberfläche der Kathode gereinigt, beispielsweise durch Entfetten und es wird
eine Schicht der keramischen Farbe auf die entsprechende Oberfläche der Kathode durch thermischen Zerfall aufgebracht, wobei
diese Schicht während des thermischen Zerfalls bei einer
erhöhten Temperatur eingebrannt wird. Hit einer einzigen Schicht aus der keramischen Farbe v/erden Dicken in der Größenordnung
von etwa 3000 Angström erzielt. Weitere Schichten !tonnen dann,
wenn erforderlich, nacheinander aufgebracht und in derselben Weise behandelt werden.
Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können
eine bessere Adhesion und bessere elektrische Eigenschaften erreicht werden indem die Oberfläche des Gehäuses 3 oder der
dünnen Folie, d.h. also der Kathode, vor dem thermischen Zerfall geätzt werden.
Wird eine Kathode aus Aluminium verwendet, so kann diese vor dem Aufbringen des Überzuges 6 auf verschiedene Weise behandelt
werden, um ihr unterschiedliche Kapazitäten zu geben.
In der nachfolgenden Tabelle sind aine Anzahl von Kapazitäten
aufgeführt, die sich bei unterschiedlichen Vorbehandlungen einer Aluminiumelektrode ergeben. Die Kapazitäten wurden bei einer
Frequenz von 30 Hz und bei Verwendung eines flüssigen Elektrolyts gemessen.
- 4 - Tabelle
209830/0949
BAD
A 12 366
| VORBEHANDLUNG VON ALUMINIUM-ELEKTRODEN |
KAPAZITÄT VON MIT PLATIN ÜBER ZOGENEN ELEKTRODEN (uF/cm2) |
2 SCHICHTEN |
| 1 SCHICHT | W370O | |
| Keine | 1650 | 2700 |
| gereinigt in NaOH | 1500 | 5400 |
| gereinigt in KCl | 3000 | 4750 |
| elektro-chemisch geätzt in NaCl (24 Coulomb/cm2) |
1950 | 6750 |
| elektro-chemisch geätzt in NaCl (96 Coulomb/cm2) |
3100 |
Aus der Tabelle geht hervor, daß die höchste Kathoden-Kapazität erreicht wird, wenn die Aluminium-Kathode elektro-chemisch in
NaCl (96 coulomb/cm ) vor dem Aufbringen von zwei Schichten
eines Platin-Anstrichs geätzt wird.
Es wurde gefunden, daß die Temperatur, bei der eine geätzte Aluminium-Kathode mit nur einer Schicht aus einer keramischen
Farbe während des thermischen Zerfalls-Prozesses gebrannt wird, die Kathoden-Kapazität beeinflussen kann. Die nachfolgende Tabelle
zeigt die Ergebnisse wenn eine Aluminium-Kathode mit einer Schicht aus keramischer Farbe bei zwei unterschiedlichen Temperaturen
gebrannt wird.
| BRENN TEMPERATUR |
KATHODEN-KAPAZITÄT 0<F/cm2} GEHESSEN BEI 30 Hz. | PLATIN-AUFTRAG |
| 4QO°C 45O°C |
PLATIN-IRIDIUM-AUFTRAG | 2300 1150 |
| 1840 1110 |
Ein elektrolytischer Kondensator mit 20 Volt, der in der darge-
stellten
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stellten und beschriebenen Weise aufgebaut ist und mit einer Tantal-Anode 1 und einer Tantal-Kathode 3 versehen ist, wurde
geprüft, wobei sich die folgenden Werte für die Kapazität und den Verlustfaktor bei einer Temperatur von 25°C ergaben, wobei
an die Drähte 2 j*|jnd 5 eine Gleichspannung von 20 Volt und einer
50 Hz-Welligkeit angelegt wurde. Die Tantal-Kathode 3 wurde vor dem Aufbringen von zwei Schichten eines Platin-Iridium-Anstrichs
entfettet, (platinum-iridium paint)
| VERSUCHSZEIT | KAPAZITÄT (^4F) | VERLUSTFAKTOR TAN6^ (%) |
| Beginn nach 1000 Stunden |
146 148 |
2.2 2.6 |
Der Versuch über 1000 Stunden wurde bei einer Gleichspannung von 20 Volt, die an die Leitungen 2 und 5 angelegt wurde, und bei
einer Temperatur in der Größenordnung von 125°C durchgeführt.
6 -
Patentansprüche
209830/0949
Claims (1)
- A 12 366PATENTAH SPRÜCHE1. J Elektrolytischer Kondensator rait einer gesinterten porösenAnode, einem flüssigen Elektrolyt und einer Kathode, dadurch gekennzeichnet , daß die Kathode (3) aus einem elektro-chemisch inerten Material besteht und daß ihre durch das Elektrolyt benetzte Oberfläche einen überzug (6) aus einem Material aufvreist, das aus einem der Platin-iietalle besteht oder wenigstens eines dieser Metalle enthält.2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (3) durch das äußere Gehäuse des Kondensators gebildet ist.3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (3) aus einer dünnen Folie besteht, die an der Innenfläche des Außengehäuses des Kondensators angebracht ist.4. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kathode (3) aus Tantal, niobium, Zircon, Hafnium, Wolfram oder Aluminium besteht.5. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug (6) entweder aus Platin, einer Platin-Iridium-Legierung, Palladium, Ruthenium oder einer Platin-Gold-Legierung besteht.ζ. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1) aus gesintertem porösem Tantal und die Kathode (3) aus Tantal bestehen, und daß der überzug (6) aus einer Platin-Iridium-Legierung besteht.— 7 —209830/0949Λ 12 3667. Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Kondensators nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der Kathode, die durch das Elektrolyt benetzt wird, nit wenigstens einer Schicht überzogen wird, die aus einer1 der Platin-Metalle besteht oder wenigstens ein solches rietall enthält.S. Verfahren nac3:> Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht oder die Schichten des Überzuges durch thermischen Zerfall des aufgebrachten Materials hergestellt werden.9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine dünne Folie aus elektro-chemisch inertem Material auf einer Seite mit wenigstens einer Schicht des Überzugsmaterials überzogen wird, daß danach die ^olie mit ihrer anderen Seite an der Innenfläche dos äußeren Gehäuses des Kondensators angebracht wird.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die mit dem Überzug zu versehende Oberfläche der Kathode vor dem Aufbringen des Überzuges elektro-cbemisch geätzt wird.11. Verfahren nach /mspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus Aluminium bestehenden Kathode die ätzung mit "JaCl durchgeführt wird.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzoic net, daß
führt wird.net, daß die '>tzung bei 24 oder 96 Coulomb/cn" durchrp-13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch σ e kennzeichnet , daß die mit dem Überzua zu ver-209830/0949 irMKl.,BAD ORIGINALΛ 12 366sehende Oberfläche der Kathode vor dem Überziehen gereinigt wird.14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kathode aus Aluminium die Reinigung mittels LTaOII oder HCl durchgeführt wird.15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung durch Entfetten der zu überziehenden Oberfläche durchgeführt wird.16. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer rJantal-Kathode die vom Elektrolyt benetzte Oberfläche entfettet und anschließend mit zwei Schichten einer Platin-Iridium-Farbe überzogen wird.209830/0949 BAU ORIGINAL1OLe e rse i t e
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| DE3135390A1 (de) * | 1980-12-08 | 1982-09-09 | Emhart Industries Inc., Farmington, Conn. | Elektrisches bauelement, insbesondere elektrischer kondensator sowie verfahren zu seiner herstellung |
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