DE2234618A1 - Kondensator und verfahren zur herstellung seiner elektroden - Google Patents

Kondensator und verfahren zur herstellung seiner elektroden

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004Details
    • H01G9/04Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/048Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by their structure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

DIPL.-1NG.
HELK.'; GORJl ■ -
6 Frankfti,, -J1;) Main 70
Schfieckenbofsh·. 27-Te!. 61 7C79
5. Juli 1972 Gzy/lta.
Sprague Electric Company, North Adams, Massachusetts / USA
Kondensator und Verfahren zur Herstellung seiner Elektroden .
felektroIytischen .· - . ·
Die Erfindung betrifft einen/Kondensator mit einer aus Metall bestehenden Anode, einer aus Metall bestehenden Kathode und einem Elektrolyt zwischen den beiden Elektroden. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektroden.
Es ist bekannt, in Kondensatoren dieser Art Elektroden aus Metallfolien, wie Aluminium, zu verwenden, die zur Vergrößerung ihrer Oberfläche angeätzt sind« Diese Vergrößerung der wirksamen Oberfläche von Aluminium ist in weitem Ausmaße abhängig von dem ungleichen Eindringen des Ätzmittels. Hierdurch wird aber die Metallfolie geschwächt. Besonders nachteilig wirkt sich das bei Aluminiumfolien aus, da in diesen beim Ätzen Löcher entstehen können. Die so zu behandelnde Folie muß daher ziemlich dick sein.
Ein Ziel der Erfindung sind Kondensatoren mit Elektroden großer Oberfläche, die ohne Ätzen der hierzu verwendeten Folien hergestellt werden können. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verwendung von sehr dünnen Folien für Kondensatoren dieser Art. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein wirtschaftliches Verfahren zur Vergrößerung der-Oberfläche von Elektroden für diesen Zweck.
.'ORIGINAL INSPECTED' 209 8 857 0917
Erfindungsgemäß wird die Oberfläche einer Aluminiumfolie mit heißem Wasser behandelt, so daß auf ihr ein Pilai aus wasserhaltigem Aluminiuuiosyd entstellt. Diese Folie mit dem auf ihm entstandenen Film wird dann kurze Zeit verhältnismäßig hoch erhitzt, so daß Risse in dem Film entstehen. Auf diese skelettartige Struktur wird dann eine dünne Schicht aus Aluminium, oder Tantal aufgebracht, wobei diese Metalle dtirch die Hisse der -Schicht aus Aluminiumoxid bis zu dem Träger aus Aluminium reichen. Auf diese Art ist es möglich, eine Elektrode mit einer großen Oberfläche wirtschaftlich herzustellen. Die Oberfläche der Folie wird hierbei nicht geätzt, sondern der auf ihr entstandene Film aus wasserhaltigem Aluminiinaoxyd wird sur Bildung von Rissen behandelt. Da das Innere des Trägers nicht maßgeblich ist für die endgültige Oberfläche, so kann dieser eine boliebigo Dicke haben, z.B. eine sehr dünne Folie oder ein niedergeschlagener Film sein.
Die Fig, 1 zeigt in auseinandergezogenem Zustande einen Kondensator mit einer erfindungsgemäßen Elektrode.
Die Fig. 2 zeigt perspektivisch ine Folie mit einem rissigen Oxydfilm.
Die Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Folie nach Fig. 2 entlang der Linie 3-3* wobei auch die weitere Metallschicht dargestellt ist.
Die Kapazität eines Kondensators wird durch die Formel KA/D ausgedrückt. Hierbei bedeutet K die dielektrische Konstante dos
BAD 209885/0917
dielektrisehen Materials, A ist die Oberfläche der Elektrode, und D ist der Abstand zwischen den beiden Platten des Kondensators. Mit einer Zunahme der Spannung muß D ebenfalls zunehmen, wodurch die wirksame Kapazität verringert wird. Diese Schwierigkeit kann überwunden werden durch Vergrößerung der Oberflächen der Elektroden. Gewöhnlich geschieht dies durch Ätzen der Platten. Beim Ä^zen, insbesondere von dünnen Folien, entstehen aber Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß wird die Oberfläche der Elektroden vergrößert j ohne daß hierbei geätzt wird. Die gesamte Kapazität dieser Einheiten ist direkt abhängig von der Oberfläche der Elektroden und kann ausgedrückt werden durch die Formel l'/C = l/C. + l/C„s wobei C, die Kapazität der Anode,-C„ die Kapazität der Kathode, und C die gesamte Kapazität bedeuten. Da die Kapazität der Kathode umgekehrt proportional, ist der Kapazität der Anode, so wird die gesamte Kapazität verringert, wenn nicht die Kapazität der Kathode größer ist als die Kapazität der Anode. Das kann erreicht werden durch Vergrößerung der Oberfläche der Kathode. · .
Bei einem Kondensator nach Fig. 1 werden Folien als Elektroden verwendet. Die Oberfläche dieser Elektroden kann vorteilhaft und wirtschaftlich vergrößert werden durch Bildung einer rissigen Skelett-/kus Oxyd auf der als Träger dienenden Folie, und anschließend durch Metallisieren dieser skelettartigen Struktur derart, daß die aufgebrachte Metallschicht die Folie durch die Itisse hindurch erreicht. Am besten kann das anhand der Zeichnungen erläutert werden.
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Die Figur i zeigt einen erfindungsgemäßen Kondensator iO mit Anschlüssen ii und 12, welcher einen Zylinder 19 aus abwechselnd aufgewundenen Metallfolien und Abstandshaltern enthält und mit einem Elektrolyt imprägniert ist. Der Zylinder 19 besteht aus einer kathodischen Folie 14 mit einem metallischen Vorsprung 13, einem Abstandshalter 15 aus Papier, einer anodiöchen Folie 17, mit einem metallischen Vorsprung l6 und einem weiteren Abstandshalter 18 aus Papier. Die anodische Folie 17 kann vorteilhaft in an sich bekannter Weise elektrochemisch formiert sein. Das Material des Abstandshalters absorbiert den Elektrolyt und ermöglicht seinen gleichmäßigen Kontakt mit den unebenen Oberflächen der kathodischen Folie Ik und der anodischen Folie 17. Die kathodische Folie lh. dient als elektrische Verbindung zu dem Elektrolyt. Der Abstandshalter kann aus üblichein für diesen Zweck verwendeten Material bestehen. Die anodische Folie 17 kann aus einem beliebigen an sich bekannten Metall bestehen.
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Es wurde gefunden, daß die Oberfläche einer Aluminiumfolie beliebiger Dicke durch das nachstehend beschriebene Verfahren vergrößert werden kann. Man behandelt die Oberfläche der Aluminiumfolie mit siedendem Wasser während einer bis'dreißig Minuten, so daß auf ihr ein Film aus wasserhaltigem Aluminiumoxyd mit einer Dicke von 2 χ 10 J bis 6 χ 10 cm entsteht. Die s/3 behandelte Folie wird dann kurze Zeit bei erhöhter Temperatur behandelt, um Risse in der Schicht entstehen zu lassen. In der Regel ist eine Temperatur von etwa 450 C während etv/a 15 Minuten genügend, um die Rißbildung in dem Film aus wasserhai tigern Aluininiumoxyd zu bewirken.
Die Fig. 2 zeigt einen solchen Film aus rissigem Aluminiumoxyd. Auf einer als Träger dienenden Aluminiumfolie 20 ist ein Film 21 aus wasserhaltigem Aluminiumoxyd entstanden, der ein unregelmäßiges Netzwerk 23 von Rissen aufweist, die durch Erhitzen entstanden sind. Die Risse erstrecken sich überall bis zur Trägerfolie 20. Dann kann man auf diese rissige Schicht eine Metallschicht derart aufbringen, daß das Metall in Berührung gelangt mit dein Träger aus Aluminium, wie die Fig. 3 es zeigt« Nach dieser Figur hat eine als Träger dienende Aluminiumfolie 20 einen dünnen rissigen Film 21 aus Aluminiumoxyd, und einen darauf aufgebrachten Metallfilm 24, der durch die Risse hindurch bis zur Trägerfolie 20 reicht. Da das Innere der Trägerfolie 20 nicht zu der Zunahme der Oberfläche beiträgt, kann dieser Träger eine beliebige Dicke haben und beispielsweise eine sehr dünne Folie oder ein niedergeschlagener Film sein.
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Vorzuziehen ist zur liißbildung ein 15 minütiges Erhitzen auf etwa 4500C. Man kann aber auch auf Temperaturen bis gerade unter den Schmelzpunkt der Folie erhitzen. Die Zeit für das ,.,.. Erhitzen ist nicht kritisch und muß nur genügen, um ein Netzwerk an Rissen entstehen zu lassen. Ein längeres Behandeln bei diesen Temperaturen ist nicht schädlich.
■ Auf die rissige Schicht kann Aluminium zweckmäßigerweise durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht werden, oder durch ein anderes
leitende an sich bekanntes Verfahren. Es kennen auch andere/Metalle mit gutem Ergebnis aufgebracht werden, wenn sie die Elektrode nicht zu unbeständig gegen Korrosion machen und mit gutem Erfolg als Kathode dienen können,, Tantal ist ein gutes Beispiel eines solchen anderen Metalls. Die äußere Metallschicht kann eine Dicke zwischen 500 und 10 000 α haben.
vorteilhaft
Die so hergestellte Elektrode kann/als Kathodenfolie verwendet'werden, wobei die als Träger dienende Aluminiumfolie eine Dicke von 0,01 mm oder darunter haben kann. Die Kathode hat eine Kapazität von 30 bis 40 ufd/cin". Dieser Wert ist erheblich höher als der vou 23 ufd/cra bei üblichen geätzten Aluminiumfolien mit einer Dielte von 0,025 mm. Gewünschtenfalls kann die so hergestellte Elektrode noch weiter behandelt werden, z.B. durch an sich bekanntes Anodisieren. Das kann so durchgeführt werden, daß man die behandelte Aluminiumfolie mit einer wässrigen Lösung von Anmoniuiudihydrogenphosphat behandelt, z.B. bei S)O C mit einer 0,1 feigen Lösung.
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Claims (7)

Patentansprüche
1. Kondensator mit einer aus Metall bestehenden Anode, einer aus Metall bestehenden Kathode und einem Elektrolyt zwischen den beiden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und/oder die Anode aus einem Träger aus Aluminium ·. mit einer rissigen Oberflächenschicht aus Aluminiumoxyd bestehen, und daß sich auf der Schicht aus Aluminiumoxyd eine Schicht aus Aluminium oder Tantal befindet, die durch die Hisse hindurch bis zum Träger aus Aluminium reicht.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere I^etallschicht der Kathode und/oder der Anode außen eine anodisierte Schicht enthält.
3.. Kondensator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Metallschicht eine Dicke zwischen 500 und • 10 000 1 hat.
4. Verfahren zur Herstellung einer Kathode und/oder Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Aluminium mit heißem V/asser zur Bildung einer Oberflächenschicht aus Aluiiiiniumoxyd behandelt wird, daß der so behandelte Träger zur Bildung von iiissen in der Schicht aus Aluminiumoxyd erhitzt wird, und daß dann auf die rissige Schicht eine Schickt aus Aluminium oder Tantal derart auf-
gebracht wild, daß sie durch die Hisse hindurch bis zum Trä-
ger aus Aluminium reicht.
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit heißem Wasser behandelte Träger aus Aluminium zur Bildung von Kissen in der Schicht aus Aluminiumoxyd auf 400 his 650 C, vorzugsweise auf etwa 4500C, erhitzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht aus Aluminium oder Tantal durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einein der Ansprüche 4 his 6 zur Herstellung einer Kathode und/oder Anode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt aufgebrachte Schicht aus Aluminium oder Tantal in an sich bekannter Weise anoriisicrt wird.
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DE2234618A 1971-07-21 1972-07-14 Elektrolytkondensator und Verfahren zur Herstellung seiner Elektroden Expired DE2234618C3 (de)

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