DE2258692C2 - Anode body for an electrolytic capacitor - Google Patents

Anode body for an electrolytic capacitor

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DE2258692C2 DE19722258692 DE2258692A DE2258692C2 DE 2258692 C2 DE2258692 C2 DE 2258692C2 DE 19722258692 DE19722258692 DE 19722258692 DE 2258692 A DE2258692 A DE 2258692A DE 2258692 C2 DE2258692 C2 DE 2258692C2
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Zoltan Györ Leszlauer
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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
    • H01G9/0029Processes of manufacture
    • H01G9/0032Processes of manufacture formation of the dielectric layer

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft einen Anodenkörper für einen Elektrolytkondensator, der aus einer dichten Packung einer Vielzahl von an einem Ende elektrisch miteinander verbundenen dünnen zyhnderformigen Metallfaden besteht die abgesehen von besagtem Ende durch eine durch Formierung aufgebrachte Oxidschicht ununterbrochen umhüllt und dadurch elektrisch voneinander isoliert sind.The invention relates to an anode body for an electrolytic capacitor, which consists of a tight packing a plurality of thin zyhnderformigen metal filaments electrically connected to one another at one end consists which, apart from said end, are continuously enveloped by an oxide layer applied by forming and are thereby electrically isolated from one another.

In dem Bestreben, die spezifische Kapazität (Kapazität pro Volumeneinheit) eines Elektrolytkondensators möglichst groß zu machen, sind Anodenkörper solcher Elektrolytkondensatoren mit verschiedensten geometrischen Konfijfurationen vorgestellt worden, wobei man versuchte, eine möglichst hohe spezifische Kapazität durch eine möglichst große OberP.äche der Anode zu erreichen. Derartige Elektrolytkondensatoren sind bekannt aus der DE-OS 15 39 710 und der DE-AS 11 28 923. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 der DE-OS 1539 710 besteht die Anode aus einer Vielzahl von im wesentlichen geradlinigen Fäden aus Tantal mit einem Durchmesser von etwa 6 um, die mit einer dielektrischen Schicht versehen sind. Die DE-AS14 64 816 zeigt einen ähnlichen Anodenkörper aus einer Vielzahl von zylindrischen und parallel zueinander angeordneten Metalltaden mit dielektrischer Beschichtung, die allerdings nicht in einen Elektrolyten, sondern in eine MetalleinfassungIn an effort to determine the specific capacity (capacity per unit volume) of an electrolytic capacitor To make it as large as possible, anode bodies of such electrolytic capacitors have been presented with the most varied of geometrical configurations, with attempts being made to achieve the highest possible specific capacitance to be achieved through the largest possible surface area of the anode. Such electrolytic capacitors are known from DE-OS 15 39 710 and DE-AS 11 28 923. In the embodiment according to FIG. 8 of DE-OS 1539 710, the anode consists of a large number of essentially straight filaments made of tantalum with a Diameter of about 6 µm coated with a dielectric layer. DE-AS14 64 816 shows one Similar anode body made of a large number of cylindrical metal threads arranged parallel to one another with a dielectric coating, which, however, are not in an electrolyte but in a metal frame

'"Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Anodenkörper der eingangs angesprochenen Art für einen Elektrolytkondensator anzugeben, dessen einzelne zylinderförmige Metallfaden mit darauf autgebrachter Beschichtung derart dimensioniert sind, daß sich eine höhere spezifische Kapazität als bei bekannten Anodenköriv":™ dieser Art ergibtThe present invention is based on the object of providing an anode body of the type mentioned at the beginning Specify type for an electrolytic capacitor, the individual cylindrical metal threads with a coating applied thereon are dimensioned in such a way that a higher specific capacitance than known ones Anodenköriv ": ™ of this type results

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des einzigen Anspruchs gelost Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich eine Optimierung der spezifischen Kapazität durch Einbeziehung der Nennspannung U des Kondensators und der maximalen Durchscnlagfestigkeit En, der die Metallfaden umgebenden Oxidschicht unter Anwendung der erfindungsgemaßen Lehre errei-This object is achieved with the features in the characterizing part of the single claim. The present invention is based on the knowledge that the specific capacitance can be optimized by including the nominal voltage U of the capacitor and the maximum breakdown strength E n of the oxide layer surrounding the metal thread using the achieve teaching according to the invention

C Es hat sich gezeigt, daß nicht die Größe der Oberfläche der Anode die entscheidende Rolle spielt, um eine hohe spezifische Kapazität zu erreichen, sondern lediglich die Abstimmung der gegenseitigen Radien der Metallfäden und ihrer Beschichtung auf die gewünschte Nennspannung und maximale Durchschlagfestigkeit. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Zylinderkondensatoreinheit des erfindungsgemäßen Anodenkörpers, F i e 2 einen Ausschnitt aus einem Elektrolytkondensator mit vier Zylinderkondensatoreinheiten, Fig.3 eine graphische Darstellung in der der spezifische Energieinhalt in Abhängigkeit vom Radius r, eines Metallfadens aufgetragen ist und, C It has been shown that it is not the size of the surface of the anode that plays the decisive role in achieving a high specific capacitance, but only the coordination of the mutual radii of the metal threads and their coating to the desired nominal voltage and maximum dielectric strength. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows F i g. 1 a cylindrical capacitor unit of the anode body according to the invention, F ie 2 a section of an electrolytic capacitor with four cylindrical capacitor units, FIG. 3 a graphic representation in which the specific energy content is plotted as a function of the radius r of a metal thread and,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt eines Kondensators. Die Kapazität Cder koaxialen Zylinder wird aufgrund der folgenden Formel berechnet:F i g. 4 shows a longitudinal section through a section of a capacitor. The capacity C of the coaxial cylinders is calculated using the following formula:

ηη = Radius des äußeren Zylinders,= Radius of the outer cylinder,

Π = Radius des inneren Zylinders.Π = radius of the inner cylinder.

/ = Länge des Zylinders,/ = Length of the cylinder,

er e r = relative Dielektrizitätskonstante,= relative dielectric constant,

εο ε ο = Dielektrizitätskonstante des Vakuums.= Dielectric constant of the vacuum.

Die spezifische Kapazität Gist wie folgt definiert:The specific capacity G is defined as follows:

Das Volumen Vdes Zylinders beträgt: V= Γ2ΚτΙ The volume V of the cylinder is: V = Γ2 ΚτΙ

Darausfolgt:It follows:

22 58 69222 58 692 „ _ 2εοεΓπΙ _ αέ, _ "_ 2ε ο ε Γ πΙ _ α έ, _ Hieraus folgt:It follows from this: / -2£/ Ji/ \/ -2 £ / Ji / \ 55 In Γι U In Γι U In ;r\itI t\ · In —In ; - r \ itI t \ · In - in . . . in . . .
T\ η En,T \ η E n ,
IOIO
Die maximale Feldstärke fm, die an der Oberfläche des inneren Zylinders auftritt, beträgt:The maximum field strength fm that occurs on the surface of the inner cylinder is: Daraus ergibt sich:This results in: j-, £- ε0 ετ T\ En,j-, £ - ε 0 ε τ T \ E n , 1515th r.ln-^r.ln- ^ :: Ais eine Konstante k kann herangezogen werden:A constant k can be used: 2020th ,. _ 2 εο ε, En, ,. _ 2 ε ο ε, E n , k u ■ k u ■ Daraus ergibt sich:This results in: 2525th G hängt vom Wert des Verhältnisses rt/r2 2 ab. Hiernach wird der Extremwert der Funktion und seine Lage
bestimmt.
G depends on the value of the ratio r t / r 2 2 . This is followed by the extreme value of the function and its location
certainly.
3030th
UU
T1 =■■ rx ei 5» T 1 = ■■ r x ei 5 »
Somit wirdThus becomes 3535 y-, tr T\ k y-, tr T \ k ιυ ιυ '
r\ e ι £» η e π £»
ιυ ιυ '
r \ e ι £ »η e π £ »
4040
/ 2 t/ Vl -2 (// 2 t / Vl -2 (/ Die erste Ableitung der FunktionThe first derivative of the function 4545 -L ist -i,
t\ Λ
-L is -i,
t \ Λ
und somitand thus 5050 5555 6060 6565

Im Fall des Extremwertes der Funktion Gist C/ -0. Dabei ist k*0 nur dann möglich, wenn:In the case of the extreme value of the function Gist C / -0. K * 0 is only possible if:

k -k -

2t/2t /

-0
Dies führt zu:
-0
This leads to:

2 υ2 υ ιι

ι υι υ IU ' IU '

2f/ -1.2f / -1.

Hieraus folg!:From this it follows !:

Das bedeutet, daß die spezifische Kapazilät Gihren Höchstwert bei diesem Wert von r, erreicht. Ein erfindungsgemäßer Anodenkörper wird wie folgt hergestellt:This means that the specific capacity Gi reaches its maximum value at this value of r . An anode body according to the invention is produced as follows:

Auf die Oberfläche des Fadens aus dem Grundmetall 001 wird elektrolytisch das Dielektrikum 002 aufgetragen, welches aus dem Oxid des Grundmetalls besieht. In dem Kondensator werden die einzelnen parallelgeschalteten Kondensatorcnclcmentc 003 durch dent «cklrolyten umgeben.The dielectric 002 is electrolytically applied to the surface of the thread made from the base metal 001 applied, which consists of the oxide of the base metal. In the condenser the individual parallel-connected capacitor components 003 surrounded by dentine clrolytes.

Die konstruktive Ausbildung wird anhand der F i g. 2 und 4 verdeutlicht.The constructive training is based on the F i g. 2 and 4 clarified.

Beispiel IExample I.

Die Nennspannung des Kondensators beträgt 360 V. Die zulässige Durchschlagsspannung des Dielektrikums wird mit En= 10 000 kV/cm angenommen. Dieser Wert hängt von der Reinheit und von der angewendeten Technologie der Herstellung des Grundstoffes ab.The nominal voltage of the capacitor is 360 V. The permissible breakdown voltage of the dielectric is assumed to be E n = 10,000 kV / cm. This value depends on the purity and the technology used to manufacture the raw material.

fr= 10f r = 10

Mit den obigen Worten können die optimalen Abmessungen des elektrolytischen Faden-Kondensators sowie der Wert der höchsten erreichbaren spezifischen Kapazität bestimmt werden.With the above words, the optimal dimensions of the filament electrolytic capacitor as well the value of the highest achievable specific capacity can be determined.

r, = UL = 2^6 = 0,72 · ΙΟ"4cm.
1 Em 10000
r , = UL = 2 ^ 6 = 0.72 · ΙΟ " 4 cm.
1 E m 10000

Die kleinste Dicke der auf dem Radius r, des inneren Zylinders sich bildenden Isolierschicht muß theoretischThe smallest thickness of the insulating layer that forms on the radius r of the inner cylinder must be theoretically

υ r2 = r, e'if- = r, · -fe υ r 2 = r, e'i f - = r, · -fe

sein, alsobe so

r2 = 0.72 - 10-4 · V7= 1,195 · 10 4cm r 2 = 0.72 - 10- 4 · V7 = 1.195 × 10 4 cm

Die spezifische Kapazität und der Energieinhalt H^betragen:
Cf = . IL = 24 ■ ΙΟ'4 F/cm3,
The specific capacity and the energy content H ^ are:
Cf =. IL = 24 ■ ΙΟ ' 4 F / cm 3 ,

ψ,=— - 36O2 · 25 · 10'4 = 16,2 Wsec/cm3. ψ, = - - 36O 2 · 25 · 10 ' 4 = 16.2 Wsec / cm 3 .

7 2 7 2

Hieraus werden etwa 20% als unproduktiver Rauminhalt abgezogen, der durch den den Faden umgebenden Elektrolyten ausgefüllt wird. Der tatsächliche spezifische Energicinhall H, beträgt also:About 20% are deducted from this as unproductive volume, which is filled by the electrolyte surrounding the thread. The actual specific energy input H is therefore:

E1 = 16.2 Wsec/cm3 - 80% = 12^6Wscc/cmJ
Bei anderen /-,-Werten ergibt die Funktion immer kleinere Energie- bzw. Kapazitätswerte (F i g. 3, Kurve 2).
E 1 = 16.2 Wsec / cm 3 - 80% = 12 ^ 6 Wscc / cm J
With other / -, - values, the function results in ever smaller energy or capacity values (Fig. 3, curve 2).

Den höchsten spezifischen Energicinhull bekannter Kondensatoren, den die Kurve 5 anzeigt, erreicht die Funktion in der F i g. J beiThe highest specific energy envelope of known capacitors indicated by curve 5 is achieved by Function in FIG. J at

40 U 40 U

Beispiel 2Example 2

Die Qualität des Dielektrikums sei gegenüber Beispiel I unverändert (Fig.3. Kurve 1). also £,„= 10000kV/ cm, Pr=IO. Die Nennspannung des Kondensators soll bei U= 100 V liegen. ioThe quality of the dielectric is unchanged from Example I (FIG. 3, curve 1). thus £, "= 10000kV / cm, Pr = IO. The nominal voltage of the capacitor should be U = 100 V. ok

Auch in diesem Fall kann der Wert der höchsten spezifischen Kapazität in der gleichen Weise bestimmt werden. Er steigt an, doch bleibt der spezifische Energieinhalt unverändert. Außerdem ist auch zu beobachten, daß die Verminderung der Spannung die Kurve spitz werden läßt, wodurch sich die Kurve steil ändert. Bei der Verminderung des Halbmessers unterhalb des Wertes η = 2 UlEn, wird, obwohl dann die spezifische Oberfläche anwächst, die spezifische Kapazität bzw. der Energicinhalt steil vermindert. Über eine gewisse Grenze erhöht 15 sich wegen der Inhomogenität des Feldes der Rcststrom, und es kann der volle Durchschlag erfolgen.In this case too, the value of the highest specific capacity can be determined in the same way. It increases, but the specific energy content remains unchanged. In addition, it can also be observed that the decrease in tension makes the curve sharp, thereby changing the curve steeply. When the radius is reduced below the value η = 2 UlE n , although the specific surface then increases, the specific capacity or the energy content is sharply reduced. Because of the inhomogeneity of the field, the residual current increases over a certain limit, and full breakdown can occur.

Beispiel 3Example 3

Die Durchschlagfestigkeit En, soll liegen bei E11,= 12 500kV/cm. fr= 10. Die Nennspannung U=360V. Die 20 Änderung vollzieht sich nach F i g. 3, Kurve 4.The dielectric strength E n should be E 11 = 12,500 kV / cm. f r = 10. The nominal voltage U = 360V. The 20 change takes place according to FIG. 3, curve 4.

Beispiel 4
E„, = 12 500 kV/cm.*,= 10. U= 100 V 25
Example 4
E ", = 12 500 kV / cm. *, = 10. U = 100 V 25

Die niedrigere Spannung ergibt eine steile Kurve, F i g. 3. Kurve 3.The lower voltage gives a steep curve, Fig. 3rd curve 3.

Die aufgezählten Beispiele zeigen, daß die Größe der spezifischen Oberfläche kein bestimmender Faktor für die maximale spezifische Kapazität ist.The examples listed show that the size of the specific surface area is not a determining factor for is the maximum specific capacity.

Mit Dielektrika, die eine höhere Dielektrizitätskonstante besitzen, wird die Höhe des spezifischen Energie- 30 inr .<ltes von Bleiakkumulatoren erreicht.With dielectrics, which have a higher dielectric constant, the level of the specific energy -30 inr. <ltes reached by lead-acid batteries.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Anodenkörper für einen Elektrolytkondensator, der aus einer dichten Packung einer Vielzahl von an einem Ende elektrisch miteinander verbundenen dünnen zylinderförmigen Metallfaden besteht, die abgesehen von besagtem Ende durch sine durch Formierung aufgebrachte Oxidschicht ununterbrochen umhüllt und dadurch elektrisch voneinander isoliert sind, dad urchgekennzeichnet, daß die Metallfaden ohne die Oxidschicht einen Radius r, von 2 UIEn, aufweisen, wobei i/die Nennspannung des Kondensators und Em die maximale Durchschlagfestigkeit der Oxidschicht sind, und daß der Radius r2 der Metallfaden mitsamt der Oxidschicht dabei im wesentlichen η · ]fe beträgt, wobei e die Naturkonstante e ist.Anode body for an electrolytic capacitor, which consists of a dense packing of a multiplicity of thin cylindrical metal threads electrically connected to one another at one end, which apart from said end are continuously enveloped by an oxide layer applied by forming and are thereby electrically insulated from one another, as characterized by the fact that the metal threads without the oxide layer have a radius r, of 2 UIE n , where i / is the nominal voltage of the capacitor and E m is the maximum dielectric strength of the oxide layer, and that the radius r 2 of the metal thread including the oxide layer is essentially η · ] fe , where e is the natural constant e.
DE19722258692 1971-12-02 1972-11-30 Anode body for an electrolytic capacitor Expired DE2258692C2 (en)

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DE2258692A1 DE2258692A1 (en) 1973-06-07
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HU175392B (en) 1980-07-28
GB1410069A (en) 1975-10-15
JPS594845B2 (en) 1984-02-01
JPS4864464A (en) 1973-09-06

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