DE2508904C3 - Elektrolyt für Elektrolytkondensatoren - Google Patents
Elektrolyt für ElektrolytkondensatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten für Elektrolytkondensatoren, der aus einem sauren Salz der Maleinsäure mit Ammoniak oder einem Amin gelöst in einem
organischen Amidlösungsmittel besteht
In Elektrolytkondensatoren werden verschiedene Arten geeigneter Elektrolyte verwendet beispielsweise
selche, die aus in Glykolen gelösten Boraten bestehen.
Die Kapazität der mit diesen bekannten Elektrolyten hergestellten Kondensatoren fällt jedoch bei niedrigen
Temperaturen von etwa - 25" C und darunter abrupt ab. Daher können diese Elektrolyten nur in Elektrolytkondensatoren verwendet werden, die in einem Temperaturbereich von etwa - 25 bis + 85° C arbeiten sollen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist versucht worden, einen Elektrolyten zu schaffen, der in
Elektrolytkondensatoren mit einem größeren Temperaturarbeitsbereich verwendet werden kann. So ist z. B. inder US-PS 38 12 039 die Verwendung eines Elektrolyten
der eingangs genannten Art beschrieben, der aus N-Methylformamid und einem sauren Salz der Maleinsäure besteht. Elektrolytkondensatoren mit derartigen
Elektrolyten können in einem Temperaturbereich von etwa -40 bis +85"C betrieben werden, doch deren
Kapazität fällt bei niedrigeren Temperaturen unterhalb etwa -400C, insbesondere bei etwa -500C, ab, da der
darin befindliche Elektrolyt bei diesen Temperaturen auszufrieren beginnt
Wie aus dem Obigen ersichtlich, wird die Tieftemperaturcharakteristik der Elektrolytkondensatoren durch
die physikalischen Eigenschaften der Elektrolyte, insbesondere durch deren Gefrierpunkt beeinflußt Es
ist daher zweckmäßig, einen Elektrolyten mit einem
niedrigeren Gefrierpunkt zu verwenden. Der Gefrierpunkt des Elektrolyts mit N-Methylformamid (im
folgenden mit NMF bezeichnet) wird durch Ersetzen einiger Teile des NMF durch irgendeinen anderen
gelösten Stoff, beispielsweise Dimethylformamid oder
is Athylenglykol, erniedrigt Jedoch werden durch einen
Zusatz von Dimethylformamid die Lebensdsuereigenschaften bei hohen Temperaturen der Elekirolytkondensatoren verschlechtert. Außerdem werden durch
einen Zusatz von Athylenglykol die Tieftemperaturei-
genschaften der EJektroIyikondensaioren verschlechtert Andererseits sind Elektrolytkondensatoren mit
Elektrolyten bekannt, in denen Dimethylformamid oder Athylenglykol als einziger oder als Hauptbestandteil des
gelösten Stoffes verwendet wird. Jedoch wird die
Kapazität des Kondensators mit Dimethylformamid im
Elektrolyten stark verringert wenn er für einen langen Zeitraum, beispielsweise 250 Stunden, hohen Temperaturen, beispielsweise 850C, ausgesetzt ist, da das
Dimethylformamid durch eine gewöhnliche Dichtung
aus Gummi wegen seiner relativ hohen Permeabilität und wegen seines niedrigen Siedepunktes, d.h. etwa
1530C, dringt Bei einem Kondensator mit Äthylengiykol wird die Kapazität bei einer niedrigen Temperatur
außerordentlich abgesenkt, da die Zunahme des
spezifischen Widerstandes zu einer Zunahme der
Viskosität beiträgt; d. h, die Viskosität von Athylenglykol beträgt bei 25°C etwa 14,5 cP und bei -400C
mehrere tausend cP. Es ist daher erforderlich, ein Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt, einem
niedrigen Gefrierpunkt und mit einer geringen Viskosität selbst bei niedrigen Temperaturen zu wählen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Elektrolyten für Elektrolytkondensatoren zu schaffen, die Ober
einen weiten Temperaturbereich betrieben werden
können.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht in der Verwendung des in Anspruch 1 genannten Lösungsmittels.
Gemäß Tabelle 1 kann N-Äthy!formamid (im folgenden als NEF bezeichnet) die flüssige Form in
einem größeren Temperaturbereich als NMF aufrechterhalten.
Siedepunkt
(0C)
Gefrierpunkt
PC) Spezifisches Gewicht bei 250C
PC) Spezifisches Gewicht bei 250C
(g/cm*)
bei 25°C (Cp)
bei -40° C (Cp)
NEF
NMF
NMF
195-200
185-190
-45 bis -50 -2 bis -3 0352
1,00
1,00
223
1,03
14,5
Ein weiterer Vorteil des NEF besteht darin, daß dieses Lösungsmittel eine niedrige Hydrolyserate, d. h.
große Wärmebeständigkeit hat. Gewöhnlich werden Säureamide, wenn sie als Lösungsmittel benutzt werden,
unvermeidbar bei hohen Temperaturen zu einer Carbonsäure und einem Amin hydrolysiert. Zum
Beispiel wird NMF zu Ameisensäure und Monomethylamin hydrolysiert. Die Bildung von Ameisensäure oder
eines Formiates führt zum Anwachsen des Leckstromes eines Elektrolytkondensators, und zwar bei Spannungen
von mehr als 35 V, da die zur Bildung einer dielektrischen Schicht benötigte Spannung für einen
Elektrolyten, der ein Formiat enthält, nur 25 bis 35 V beträgt.
Als gelöster Stoff für den erfindungsgemäßen Elektrolyten werden saure Salze der Maleinsäure mit
Ammoniak oder Aminen verwendet, z. B. saures Ammoniummaleat, saures Monomethylammoniummaleat,
saures Monoäthylammoniummaleat, saures Tnäthylammoniummaleat,
saures Diäthylammoniummaleat, saures Dimethylammoniummaleat usw. Unter diesen
wird insbesondere saures Triäthylammoniummaleat ι ο
bevorzugt
Der gelöste Stoff wird in einer Konzentration von mindestens 1 Gew.-% verwendet, die jedoch eine
Konzentration entsprechend einer gesättigten Lösung des gelösten Stoffes in dem Lösungsmittel nicht
übersteigt; vorzugsweise beträgt die Konzentration zwischen etwa 5 bis 30 Gew.-%.
Der erfindungsgemäße Elektrolyt behält eine niedrige Viskosität auch bei Temperaturänderung bei und
zeigt über einen weiten Temperaturbereich eine hohe Leitfähigkeit. Die Elekirölyiköndensaioreri mit dem
erfindungsgemäßen Elektrolyten können in einem Temperaturbereich von etwa —65 bis +850C ohne
wesentliche Verschlechterung der Eigenschaften betrieben werden.
Der erfindungsgemaße Elektrolyt kann durch Mischen des NEF oder einer Mischung des NEF mit dem
genannten Amidiösungsmittel mit einem sauren Salz der Maleinsäure mit Ammoniak oder einem Amin bei
Raumtemperatur hergestellt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den folgenden Beispielen dargestellt.
Gemäß Tabelle 2 wurde eine bestimmte Menge sauren Ammoniummaleats in einer bestimmten Menge
eines Lösungsmittels gelöst, um einen Elektrolyten herzustellen.
Der gemäß einem Standardverfahren bei verschiedenen Temperaturen gemessene spezifische Widerstand
des Elektrolyten ist in Tabelle 2 dargestellt, woraus sich ergibt, daß der Elektrolyt, der als Lösungsmittel NEF
oder eine Mischung von NEF mit NMF verwendet, einen geeigneten^ spezifischen Widerstand selbst bei
einer niedrigen temperatur von etwa -65°C zeigt,
während der Elektrolyt mit irgendeinem anderen Lösungsmittel, beispielsweise NMF oder Äthylenglykol
aliein einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweist
Elektrolyt
Nr.
Lösungsmittel
(ml)
Gelöster Stoff (g)
Spezirischer Widerstand (Ω ■ cm)
+250C -25-C -4O0C
-650C
NEF(IOO)
NMF (80)
NEF (20)
NEF (20)
ΓΝίνΐΓ (IVKI)
Äthylenglykoi (100)
saures Ammoniummaleat (10) 115 400
saures Ammoniummaleat (10) 80 250
saures ArnrnoniuiTirnaleai (10) 72 220
saures Ammoniummaleat (30) 125 1400
950 550
450 oberhalb
5000 2000
Gemäß Tabelle 3 wurde ein bestimmter Betrag eines Salzes in 100 ml NEF gelöst, um einen Elektrolyten
herzustellen.
Der gemäß einem Standardverfahren bei 25° C gemessene spezifische Widerstand des Elektrolyten
wird in Tabelle 3 dargestellt, wobei festzustellen ist, daß der Elektrolyt, der als gelösten Stoff ein saures Maleat
verwendet, einen niedrigeren spezifischen Widerstand aufweist als der Elektrolyt mit irgendeinem anderen
Salz.
Rick- Lösungs- Gelöster Stoff
trolyt mittel
Nr. (ml)
Spezifischer Widerstand bei 25° C (Ω ■ em)
50
60
E NEF(IOO) saures Monomethyl· 80
ammoniummaleat
F NEF(IOO) saures Monoäthyl- 90
ammoniummaleat (20)
| Elek | Lösungs | Gelöster Stoff | Spezi |
| trolyt | mittel | fischer | |
| Widerstand | |||
| bei 25° C | |||
| Nr. | (ml) | (g) | (Ω · cm) |
G NEF(IOO) Maleinsäure (10) 95
Triäthylamin sauer Jl 1,9 ml)
H NEF(IOO) Ammoniumpikrat 150 (10)
1 NEF(IOO) Salizylsäure (6) 180
Triäthylamin (6 ml)
Ein trockner Aluminiumelektrolytkondensator wurde unter Verwendung der Elektrolyte Nr. A, B, C, D, F oder
G hergestellt, und die elektrischen Eigenschaften des Elektrolytkondensators mit 33 μ¥ und einer Spannung
von 25 V bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 (Temperatureigenschaften), Tabelle 5 (Dauertest) und
Tabelle 6 (Haltbarkeitstest) dargestellt, wobei »Cap.« die Kapazität und »LC.« der Leckstrom sind, woraus
sich ergibt, daß der Elektrolytkondensator mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten ein wesentlich verbessertes
Verhalten über einen weiten Temperaturbereich von niedrigen bis zu hohen Temperaturen aufweist.
| 4 | Tan ö | ft) | 5 | + 25°C | Tan δ | 25 08 904 | C | Tano | -40°C | 6 | LG | -65° C | Tano | |
| Tabelle | +85« C |
33
33 33 4,0 4,0 |
Cap. |
4,0
33 5,0 43 43 |
63
6,0 32 8,0 83 |
Cap. |
03
1,0 VA 0,7 |
Cap. |
35
82 88 |
|||||
| Elek- | Cap. |
100
100 100 100 100 |
-25° |
92,1
92,0 |
873
833 823 |
|||||||||
| Nr. |
106,6
106,- 1073 105,7 1063 |
Anfangswert | Cap. | Wert nach | Tano | Veränderung | ||||||||
|
B
C D F G |
5 | Cap. (« | L.G |
933
93,1 91,2 93,7 94,0 |
Cap. (%) | 1000 Std. |
9.0
83 14,0 |
Außenwand | ||||||
| Tabelle |
100
100 iOO 100 |
Tan δ (%) |
03
0,7 0,8 C,7 |
94,2 983 <Λ4 Λ 967 |
Tan δ (%) | μΑ/30" |
keine
keine keine keine |
|||||||
| Elek- |
5,6
3,2 43 5,0 |
13,0
4,7 8,8 7,1 |
||||||||||||
| Nr. | μΑ/30" | |||||||||||||
|
A
C F G |
||||||||||||||
Anmerkung: Eine Nennspannung war in einem thermostaiischen Bad von 85° C angelegL
Tabelle 6
Wert nach 200 Std Ib) L.GuA/30" Cap. (%) Tan 6 (%)
| Elek | Anfangswert | Tai |
| trolyt | 5,1 | |
| Nr. | Cap. (%) | 3a |
| A | 100 | 5,0 |
| C | 100 | 4,8 |
| F | 100 | |
| G | 100 | |
L C μΑ/33"
an
Außenwand
0,7
0,7
0,7
953
98,0
97,8
6,8 4,0 6,6 5,0
keine keine keine keine
Claims (4)
1. Elektrolyt für Elektrolytkondensatoren, der aus
einem sauren Salz der Maleinsäure mit Ammoniak oder einem Amin gelöst in einem organischen Amid-Lösungsmittel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus 10 bis 100
Gew.-% N-Äthylformamid, Rest N-Methylformamid, Dimethylformamid, Diäthylformamid oder
Dimethylacetamid besteht
Z Elektrolyt nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der gelöste Stoff saures Triäthylammoniummaleat ist
3. Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Konzentration des gelösten
Stoffes mindestens etwa 1 Gew.-% beträgt, jedoch die Konzentration entsprechend einer gesättigten
Lösung des gelösten Stoffes in dem Lösungsmittel nicht übersteigt
4. Elektrolyt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Konzentration des gelösten Stoffes
etwa 5 bis 30 Gew.-% beträgt
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| JPS5199258A (de) | 1976-09-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: TAKETANI, YUTAKA, DAITOSHI, OSAKA, JP NIWA, SHINICHI, OSAKA, JP |
|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |