DE2824801A1

DE2824801A1 - Elektrisches bauteil, insbesondere elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE2824801A1
Application number: DE19782824801
Authority: DE
Inventors: Charles William Walters
Original assignee: ERO TANTAL KONDENSATOREN GmbH
Current assignee: ERO TANTAL KONDENSATOREN GmbH
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1978-12-07
Also published as: CA1105577A; US4159509A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing H. Weickmann, Di?l.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. Jf. A.Weickmann, Dipl.-Chem. K. Uo Tl k C Dr. Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86, DEN ~ $· ^w"'^!i ^

POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

DXV

ERO TANTAL Kondensatoren G.m.b.H.
Ludmillastraße 23/25
8300 Landshut/Bayern

Elektrisches Bauteil, insbesondere Elektrolytkondensator

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil, insbesondere einen Elektrolytkondensator, mit einer Kathode, einem eine anorganische Säure enthaltenden, die Kathode kontaktierenden Elektrolyten und einem Kathodendepolarisator. Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zur Depolarisierung eines solchen Bauteils. Ein Kondensator der genannten Bauweise ist aus der US-Fatentschrift 2 616 bekannt.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Elektrolytkondensatoren geschildert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß sie auch in anderen Arten von elektrischen Bauteilen Verwendung finden kann, die eine Kathode mit einer porösen Schicht eines elektrisch leitendes Metall enthaltenden Materials und einen reduzierbaren Elektrolyten enthalten.

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Ein Elektrolytkondensator, in dem die Erfindung verwendet werden kann, enthält eine Kathode, einen elektrisch leitenden Elektrolyten mit einer anorganischen Säure und eine aus porösem Metall "bestehende Anode, die einen dielektrischen Oxidfilm des Anodenmetalles trägt. Die Kathode kann entweder aus Silber, Kupfer oder aus Legierungen dieser Metalle bestehen und die Form eines Behälters oder eines Mantels haben, der einen sauren Elektrolyten speichern kann, ohne durch dessen Säure in schädlicher Weise aufgelöst oder korrodiert 2u werden. Das Innere des Kathodenmantels ist mit einer porösen Schicht eines ein gut leitendes Metall enthaltenden Materials versehen. Als Metalle kommen Platin, Palladium, Gold, Ruthen oder Rhodium in Frage, die ebenfalls keine störende Auflösung oder Korrosion durch den Elektrolyten erfahren. Der Elektrolyt ist eine wässrige Lösung einer elektrisch gut leitenden anorganischen Säure wie beispielsweise Schwefeisäure (H₂SO^), Perchlorsäure (HClO^) oder Salzsäure (KCl); bevorzugt wird eine Lösung oder ein Gel mit 36 - 40 Gew.-% Schwefelsäure. Die Anode besteht aus einem dielektrischen, einen Oxidfilm bildenden Metall wie beispielsweise Tantal, Aluminium, Titan, Zirkon oder Niob; bevorzugt wird Tantal.

Die Anode und die Kathode eines Kondensators haben jeweils von Hause aus asymmetrische elektrische Leitungseigenschaf ten, und die beiden Elektroden liegen sich, in Reihe zueinander geschaltet, in der Kondensatorstruktur gegenüber. Unter dem Einfluß einer pulsierenden Spannung werden die Elektroden abwechselnd be- und entladen, d.h., die eine der beiden Elektroden sammelt Ladungsträger, während die andere Elektrode Ladungsträger abgibt. Demzufolge befindet sich der Elektrolyt zwischen den Elektroden während jedes Spannungsimpulses auf einem negativen Potential in bezug auf die gerade aufgeladene Elektrode. Die für die Admittanz des Kondensators geltende Beziehung

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[i/C (Bauteil) = 1/C (Anode) + 1/C (Kathode), mit C = Kapazität)]

führt dazu, daß der Transfer an Ladungsträgern durch die kleinere der Kapazitäten, also entweder durch die Kapazität der Anode oder durch die Kapazität der Kathode,begrenzt wird.

In polaren Elektrolytkondensatoren wird, vor allem bei Kondensatoren mit exakten Nennwerten, die Dimensionierung insbesondere durch die Abmessungen der Anode bestimmt. Daher sollte die Kapazität der Kathode um Größenordnungen höher sein als die Kapazität der Anode, damit die Anodenformgebung den ihr zugedachten Einfluß auf die Kondensatordaten auch tatsächlich nehmen kann. Ist nämlich die Kapazität der Kathode um Größenordnungen höher als die Kapazität der Anode, so wird der Ausdruck 1/C (Kathode) in der erwähnten Beziehung relativ klein bezüglich des Wertes 1/C (Anode), so daß die Kapazität des gesamten Bauteils im wesentlichen gleich der der Anode ist. Im Idealfall erreichen die Betriebskenndaten eines solchen Kondensators ihre optimale Stabilität dann, wenn sich die Kapazität der Kathode dem Wert "unendlich" nähert.

Eine Möglichkeit, die Kathodenkapazität eines Elektrolytkondensators zu erhöhen, besteht darin, die Oberfläche dieser Elektrode mit einer porösen Schicht eines fein verteilten, im wesentlichen inerten leitenden Materials v/ie beispielsweise Kohle oder eines Metalls wie etwa Platin, Palladium oder Gold zu versehen. Die poröse Schicht vergrößert die Oberfläche der Kathode und somit die Kapazität dieser Elektrode. Man ist derzeit allerdings der Meinung, daß der. Ladungs-Entladungs-Strom durch den Elektrolyten, der die Kathode von der Anode trennt, geleitet wird, und zwar aufgrund des Wirkens der dissoziierten Ionen des anorganischen Elektrolyten. Ein Beispiel:

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2H⁺ +

HClO₄ > H⁺ + ClO₄

HCl >- H⁺ + Cl

Im Betrieb eines elektrischen Kreises wird die Anode eines Elektrolytkondensators auf einer positiven Gleichspannung gehalten. Diese Vorspannung wird wegen des bereits erwähnten asymmetrischen Charakters der Anode benötigt. Fehlt eine positive Vorspannung, so treten an der Anode negative Impulse einer Stromspannung auf, die zu einem Stromfluß durch den relativ geringen Vorwärtsv/iderstand dieser Elektrode führen können. Daher werden in der Praxis Stromspannungen, die an einem polaren Elektrolytkondensator anliegen, einer positiven Gleichspannung überlagert, die an der Anode während des gesamten elektrischen Betriebs angelegt bleibt. Diese Vorspannung gibt allerdings Anlaß zu einem Leckstrom durch Störungen in der dielektrischen Schicht auf der Anode, und allgemein gilt, daß der Leckstrom mit wachsender Temperatur und Vorspannung zunimmt. Wird ein Leckstrom durch die in Reihe liegende Kathode gezogen, so können an dem Übergang zwischen der Kathode und dem Elektrolyten gewisse elektrochemische Reaktionen auftreten, die die gesamte Funktionsweise des Bauteils beeinträchtigen. Beispielsv/eise können positive Wasserstoffionen Elektronen aus der Kathode ziehen und dadurch Blasen aus neutralem Wasserstoffgas bilden, von denen einige an der Kathode haften bleiben und eine Schicht aus einem nichtleitenden Gas um die Kathode ausbilden. Ferner kann die Basis bzw. die metallische Basisoberfläche der Kathode mit den negativen Ionen des anorganischen Elektrolyten reagieren und einen neutralen, unlöslichen, elektrisch isolierenden Film wie beispielsweise Silbersulfit (Ag₂SO^) oder Silbersulfid (Ag₂S), wenn die metallische Basisoberfläche der

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Kathode aus mit einer porösen Platinschicht bedecktem Silber besteht. Ist die metallische Basisoberfläche des Kathodenbehälters aus Kupfer, das mit einer porösen Platinschicht überzogen ist, so scheidet sich vielleicht Kupfersulfid (CuS) ab. Der unlösliche Isolatorfilm und das Wasserstoffgas stören den Betrieb des Kondensators auf verschiedene Weise. Zunächst verringern der Film und die Gasblasen die effektive Kathodenfläche, so daß die Kapazität dieser Elektrode unerwünscht zurückgeht. Darüber hinaus steigert der Isolatorfilm auf der Kathode den inneren Reihenwiderstand des Kondensators, was sich ebenfalls ungünstig auswirkt.

Um die Bildung eines unlöslichen, elektrisch isolierenden Filmes und/oder eines Wasserstoffgases an der Kathode wenigstens zum Teil zu verhindern, wird dem Elektrolyten ein Depolarisator zugesetzt. Der erwähnte Stromfluß am Übergang zwischen Kathode und Elektrolyt führt dazu, daß der Depolarisator reduziert wird, bevor die Reduktion der anorganischen Säure des Elektrolyten einsetzt. Diese Reihenfolge wird deshalb eingehalten, weil das Zerfallspotential des Metallions des Depolarisators niedriger liegt als das des Wasserstoffions der anorganischen Säure. Beispielsweise werden die Moleküle eines Silbersulfat-Depolarisators (AggSO^) in einem Schwefelsäure-Elektrolyten durch den Stromfluß durch den Übergang Elektrolyt/Kathode in positive Silberionen (2Ag⁺) und negative Sulfationen (SO^" ) aufgebrochen bzw. reduziert, bevor der Stromfluß die MoIeku-le der Schwefelsäure des Elektrolyten in positive Wasserstoff ionen (2H⁺) und negative Sulfationen (SO^" ) aufbricht bzw. reduziert. Positive Silberionen werden auf der Kathode als metallisches Silber abgeschieden oder gehen von der Kathode als Silberionen in Lösung, abhängig davon, welche Richtung der Stromfluß am Übergang Elektrolyt/Kathode einnimmt. Auf alle Fälle wird, solange ein Silbersulfid-Depolarisator am Übergang -zwischen dem Elektrolyten und der

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Kathode anwesend ist, kein Elektrolyt reduziert, und können sich somit keine schädlichen Gase oder Filme auf der Kathodenoberfläche bilden; denn die Reduktion des Depolarisators vollzieht sich vor der Reduktion des Elektrolyten.

In der bereits zitierten US-Patentschrift 2 616 953 ist vorgesehen, einen Silbersulfat-Depolarisator einem Schwefelsäure-Elektrolyten in einem Elektrolytkondensator mit einer Tantal-Anode und einer Silber-Kathode zuzusetzen, damit die Bildung von störenden Gasen und Filmen zurückgedrängt wird. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß bei Verwendung eines Silbersulfat-Depolarisators die Gefahr besteht, daß sich metallisches Silber auf der Anode niederschlägt. Dieser Vorgang vergrößert den Leckstrom des Kondensators. Außerdem wurde beobachtet, daß sich metallisches Silber auf dein Boden des Gehäuses abscheidet. Dieser niederschlag kann bei ausreichender Stärke einen elektrisch leitenden Pfad zwischen der Anode und der Kathode bilden und dadurch zu einem Kurzschluß im Kondensator führen.

Die US-Patentschrift 2 778 979 offenbart die Beimischung eines festen, entweder aus Silbersulfat oder aus Kupfersulfat (CuSCK) zu einem Schwefelsäure-Elektrolyten in einem Kondensator, der mit einer Tantal-Anode und einer Silberoder Kupfer-Kathode versehen ist. Zwischen der Anode und der Kathode befindet sich eine für Ionen durchlässige Barriere, die dafür sorgen soll, daß Kurzschlüsse zwischen der Kathode und der Anode aufgrund des Wachstums der Kathode unterbunden sind.

Gemäß der US-Patentschrift 4 016 465 soll einem Elektrolyten ein Kupfersulfat beigegeben werden, damit die Bildung schädlicher Gase und Filme unterbleibt. Die Kathodenoberfläche enthält Kupfertellurid, Kupferselenid oder Kupfersulfid.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Bauteil anzugeben, dessen Kathode praktisch keinen Film und keine Gase bildet, dabei über einen minimalen inneren Reihenwiderstand verfügt, die elektrischen Kenndaten eines Kondensators stabilisiert und keine nennenswerten chemischen Reaktionen mit dem Elektrolyten, die zu einer Korrosion „führen könnten, eingeht. Zu diesem Zweck ist bei einem Bauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kathode eine poröse Schicht aus einem elektrisch leitendes Metall enthaltenden Material umfaßt und daß der Kathode-Depolarisator ein Kupfersalz enthält, das durch einen Stromfluß zu Kupferionen reduziert werden kann, bevor die anorganische. Säure reduziert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das metallhaltige Material Platin, Palladium, Gold, Ruthen oder Rhodium. Der Depolarisator enthält in aller Regel, wenn auch nicht in jedem Fall, ein Kupfersalz, das durch seine Reduktion die erforderlichen Kupferionen freisetzt. Die Erfindung eignet sich vor allem für Elektrolytkondensatoren mit einer metallischen, einen Film bildenden Anode, bei denen eine hohe Kathodenkapazität und stabile elektrische Kenndaten verlangt werden.

Wie bereits erwähnt, findet der vorliegende Lösungsvorschlag in einer Reihe von verschiedenen elektrischen Bauteilen Anwendung, er* soll je-doch im folgenden anhand eines Elektrolytkondensators erläutert v/erden. Der wesentliche Vorzug einer erfindungsgemäßen Bauteilausführung ist darin zu sehen, daß der Betrieb des Bauteils stabiler ist als bei den zum Stand der Technik gehörenden Bauteiltypen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert. Die Figur zeigt in einem Längsschnitt einen Elektrolytkondensator 10, der eine einen dielektrischen

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Oxidfilm bildende Metallanode 11 und eine Anodensteigleitung 12 enthält. Die Oberfläche der Anode 11 ist mit einem dielektrischen Oxidfilm eines Oxids des Anodenmetalls überzogen; diese Schicht ist nicht dargestellt. Die mit 14 bezeichnete Kathode umfaßt einen an einem Ende offenen Kathodenmantel 15, der Bestandteil des Kondensatorgehäuses ist. Die Kathode 14 enthält außerdem eine poröse Schicht 16 eines metallhaltigen Materials, das die Innenfläche des Kathodenmantels 15 bedeckt. Die Anode 11 wird im Ksthodenmantel 15 durch einen elektrisch isolierenden Abstandshalter 17 am Boden und durch eine endständige Dichtung 18, die das offene Ende des Kathodenmantels 15 verschließt, gehalten. Die Dichtung 18 besteht, wie dargestellt, aus einem nachgiebigen, elektrisch isolierenden Verschlußteil 19, das mit einem ebenfalls nachgiebigen und elektrisch isolierenden Abstandselement 20 zusammenwirkt» Die Dichtung gehört nicht zu der vorliegenden Erfindung; um das offene Ende des Kathodenmantels 15 zu verschließen, kann man, wie an sich bekannt, eine Vielzahl verschiedener Dichtungsausführungen verwenden. Der mit der Bezugsziffer 21 bezeichnete Elektrolyt kontaktiert die poröse Kathodenschicht 16 und die nicht-poröse Innenfläche des Kathodenmantels I5. Als elektrischer Außenanschluß für die !Cathode kann eine ICathodenleitung 22 dienen.

Der Elektrolyt 21 für den Kondensator 10 ist in der Regel eine wässrige Lösung oder ein Gel einer anorganischen Säure wie beispielsweise Schwefeisäure (ll^lO.), Perchlorsäure ' (HClOr), Salzsäure (KCl) ο.dgl. Der derzeit bevorzugte Elektrolyt ist ein Gel mit 37 - 39 Gew.-^ Schwefeisäure. Damit der Elektrolyt 21 die Innenflächen des Kathodenmantels 15 so wenig wie möglich angreift, wird der Elektrolyt vorzugsv/eise von Kohlensäure befreit; dies geschieht dadurch, daß der Elektrolyt vor seiner Einführung in den Kondensator 10 in einem geschlossenen System umgewälzt wird.

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Der Kathodenmantel 15 der Kathode 14 besteht aus einem nicht-porösen Metall, und zwar entweder Silber oder Kupfer, oder aus einer nicht-porösen Metallegierung, und zwar einer Silber- oder Kupferlegierung. Zu den bevorzugten Mantelmaterialien gehören Werkstoffe auf Silberbasis oder Kupferbasis, d.h., Materialien mit wenigstens 50 Gew.-Ja Silber oder Kupfer. Noch günstigere Mantelwerkstoffe bestehen aus einem silber- oder kupferhaltigen Material, das wenigstens 9O?o Silber bzw. Kupfer enthält. Besondere Vorzüge bietet ein spezielles silberhaltiges Kupfer mit der Bezeichnung "CDA Nr. 116"; dieses Material ist eine Legierung auf Kupferbasis, die etwa 0,1 Gew.-?o Silber enthält. Diese Kupferlegierung hat wertvolle mechanische Eigenschaften: sie ist beispielsweise duktil, behält die ihr erteilte Härte im Bereich der Betriebstemperaturen eines typischen Kondensators bei und zeigt eine gute Korrosionsresistenz.

Die nicht-poröse Innenfläche des Kathodenmantels 15 dient als Teil der Kathode 14 des Kondensators 10. Die Größe dieser Oberfläche wird erheblich vergrößert, wenn man sie mit einer porösen Schicht eines metallhaltigen Materials,wie beispielsweise Platin, Palladium, Ruthen oder Rhodium, versieht. Die Oberflächenvermehrung erhöht die Kapazität der Kathode,so daß die Kapazität der Anode 11 voll zum Tragen kommt. Zur Bildung der porösen Schicht 16 über der Innenfläche des Kathodenmantels 15 kann man eine der üblichen Techniken benutzen. Ein solches Verfahren ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung und gehört sun Stand der Technik. Zu einer dieser Methoden gehören folgende Arbeitsschritte: Maskieren, Ätzen, Reinigen, Aufplattieren eines fein verteilten Metalls zur Eildung einer porösen Schicht 16 auf der Innenwand des Kathodenmantels 15, Reinigen und Trocknen der porösen Schicht 16. In der gegenwärtig bevorzugten Technik wird die poröse Schicht 16 über dem Kathodenmantel 15 aufgebracht, bevor der Elektrolyt 21 in

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das Innere des Mantels 15 eingebracht wird.

In den Elektrolyten 21 wird ein löslicher Kupfersalz-Depolarisator gegeben; der Depolarisator ist nicht dargestellt. Ein solcher Depolarisator trägt dazu bei, daß die Bildung schädlicher Gase und Filme während des Betriebs des Kondensators 10 unterbleibt. Vorzugsweise wird Kupfersulfid in seiner hydratisieren Form (CuSO^. 5H₂O) in Verbindung mit einem Schwefelsäure-Elektrolyten 21 verwendet. Die Menge an Kupfersalz, die normalerweise zugegeben wird, liegt in dem Bereich von etwa 0,1 Gew.-?6 bis etwa 5 Gew.-?o des Elektrolyten; derzeit wird für das Kupfersalz ein Mengenbereich zwischen etwa 2-4 Gew.-% des Elektrolyten bevorzugt.

Die Depolarisation der Kathode 14 erfolgt durch Reduktion des Kupfersalzes zu Kupferionen. Diese Reduktion vollzieht sich vor der Reduktion der anorganischen Säure des Elektrolyten 21, weil das Zerfallspotential des Kupferions geringer ist als das des wasserstoffions. Die kathodische Reduktion der Kupferionen zu Kupfer führt an der Kathode 14 zu einer Doppelschicht-Kapazität von sehr hohem Wert. Demgegenüber bilden Wasserstoffionen, die Elektronen aus der Kathode 14 ziehen, an der Kathode störendes Material wie beispielsweise Gase. Die Kapazität, die aufgrund der reversiblen Abscheidung von metallischem Kupfer auf der porösen Schicht 16 entsteht, wirkt mit derjenigen Kapazität zusammen, die von der porösen, elektrisch leitenden, metallhaltigen Schicht herrührt. Daher verstärkt und stabilisiert diese zusätzliche Kapazität die gesamte Kathodenkapazität. Die Doppelschicht-Kapazität ist so groß, daß zwischen der Kapazität des Bauteils und der der Anode nur ein geringer Unterschied besteht.

Überraschenderweise und wider Erwarten führt die Gegenwart von Kupferionen in dem eine anorganische Säure enthaltenden

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Elektrolyten zu einem geringen Kathodenpotential und zu einer großen DoppeIschicht-Kapazitat, die mit der Beschaffenheit des Kupferniederschlags zusammenhängt. Der Niederschlag von metallischem Kupfer, das von einem Kupfersulfat-Depolarisator in einem Elektrolyten mit einer anorganischen Säure stammt, haftet an der Kathode 14 und hat eine einwandfreie Struktur, verglichen mit dem Niederschlag von metallischem Silber aus einem Silbersulfat-Depolarisator, der sich in einem Elektrolyten mit einer anorganischen Säure befindet.Silberionen werden aus einem H₂S(K-Elektrolyten über der porösen Schicht 16 als eine schwammige, voluminöse und in ihrer Struktur fehlerhafte Silbermetallmasse abgeschieden. In einem Kondensator mit Abmessungen, bei denen zwischen der Anode und der Kathode ein nur geringer Abstand besteht, kann ein massives Wachstum von Silbermetall dazu führen, daß zwischen beiden Elektroden ein Kurzschluß entsteht. Hinzu kommt, daß bei vorschriftswidrigem Gebrauch eines Kondensators mit einer fehlerhaft beschaffenen Silbermetallmasse diese Hasse abblättert und zu einem Kurzschluß zwischen der Anode und der Kathode führt. Tatsache ist, daß Silberionen, die aus einem Elektrolyten mit einer anorganischen Säure abgeschieden v/erden, eine schwammartige, voluminöse und in ihrer Struktur fehlerhafte Hasse bilden. Darüber hinaus haben Silberionen die Tendenz, zur Anode zu wandern und den dielektrischen Tantalpentoxid-Film zu beeinträchtigen, und zwar dadurch, daß sich metallisches Silber an Fehlstellen im Dielektrikum niederschlägt. In Untersuchungen an Kondensatoren, deren Elektrolyt Kupferionen enthält, konnte keine schädliche Tendenz in Richtung auf eine Beeinträchtigung des Dielektrikums oder einen Kurzschluß nachgewiesen werden.

Im folgenden v/erden die Kenndaten einiger Kondensatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, genannt. Es sei darauf hingewiesen, daß die folgenden Hinweise lediglich zur Veranschaulichung des Lösungsvorschlags

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gegeben werden und die Erfindung nicht "beschränken sollen.

Kondensatoren der Gruppe I

Es wurden drei 1500-nf-Kondensatoren, die jeweils 6 V Hennspannung hatten, gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Drei aus Kupfer bestehende Kathodenmäntel mit einer Länge von etwa 19,05 mm und einem Durchmesser von etwa 9»525 mm wurden gefertigt. Jedes Gehäuse wurde in seinem Inneren mit einer v/armen Reinigungslösung gesäubert und mit deionisiertem Wasser durchgespült; das überschüssige ^T.vasser wurde entfernt. Auf der Innenfläche der Kathodenmäntel wurde eine poröse Platinschicht aufgebracht. Dann wurde in jedes der Gehäuse ein von Kohlensäure befreiter, gelierter Elektrolyt mit etwa 37 Gew.-So H₂SO^ und einem Zusatz von etwa 3 Gew.-So eines CuSO^.5II₂0-Depolarisators gegeben. Eine gesinterte Tantal-Anode mit einem dielektrischen Oxidüberzug und einer Länge von etwa 12,7 mm und einem Durchmesser von etwa 8,467 mm wurde in die EleLtrolyt-Depolarisator-Hischung eingeführt. Dann wurde das offene Ende jedes Gehäuses abgedichtet. Die so entstandenen Kondensatoren werden im folgenden als Kondensatoren der Gruppe I bezeichnet.

Kondensatoren der Gruppe II

Es v/urden fünf 1500-uf-Kondensatoren, die jeweils eine Nennspannung von β V hatten, gemäß der vorliegenden Erfindung gebaut.

Der Kondensatormantel hat die gleiche Größe wie das Gehäuse der Kondensatoren der Gruppe I, er· bestellt jedoch aus Silber. Der Hantel wurde ebenfalls mit einer warmen Reinigungslösung gesäubert und dann mit deionisierten Wasser gespült und gexrocknet. Sine poröse Platinschicht wurde auf die Innenfläche

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eines jeden Mantels gebracht. Dann wurde in das Gehäuse ein von Kohlensäure befreiter, gelierter Elektrolyt mit etwa 37 Gew.-% H₂SO^ und etwa 3 Gew.-Si CuSO, .5H₂O gegeben. In den Elektrolyten wurde eine gesinterte Tantal-Anode mit einem dielektrischen Oxidfilm auf der Anodenoberfläche eingeführt. Dann wurde das offene Ende des Gehäuses mit einer Dichtung verschlossen. Die Tantal-Anode hat die gleiche Größe wie die Tental-Anode der Kondensatoren der Gruppe I. Die auf die geschilderte l/eise hergestellten Kondensatoren werden im folgenden als Kondensatoren der Gruppe II bezeichnet.

Kondensatoren der Gruppe III

Es wurden fünf 1500-uf-Kondensatoren, die jeweils 6 V Nennspannung hatten, gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.

Der Mantel hatte die gleiche Größe wie das Gehäuse der Kondensatoren der Gruppe II. Auch die Herstelllang des Gehäuses erfolgte in der gleichen lieise wie bei den Kondensatoren der Gruppe II. Die Innenfläche eines jeden Mantels ■ wurde mit einer porösen Platinschicht überzogen. In die Gehäuse wurde jeweils ein Elektrolyt, der aus einer von Kohlensäure befreiten wässrigen Lösung mit etwa 37 Gew.-?o H₂SO^ mit etwa 3 Gew.-So CuSO^.5H₂O bestand, gefüllt. In diesen Elektrolyten wurde eine gesinterte Tantal-Anode, die einen dielektrischen Oxidfilm trug, eingeführt. Dann wurde das offene Gehäuseende mit einer Dichtung verschlossen. Die Tantal-Anode hat die gleiche Größe wie die Tantal-Anode der Kondensatoren der Gruppe II. Die ifernach hergestellten Kondensatoren v/erden im folgenden als Kondensatoren der Gruppe III bezeichnet.

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Kondensatoren der Gruppe IV

Es wurden fünf 1500-nf-Kondensatoren, die jeweils 6 V Nennspannung hatten, auf folgende Weise hergestellt.

Der Hantel hat die gleiche Größe wie das Gehäuse der Kondensatoren der Gruppe II. Das Gehäuse wurde in der gleichen Weise wie das der Kondensatoren der Gruppe II hergestellt. Die Innenfläche eines jeden Hanteis wurde mit einer porösen Platinschicht bedeckt. Dann wurde das Gehäuse getrocknet und hiernach mit einem Elektrolyten, der aus einer von Kohlensäure befreiten wässrigen Lösung mit etwa 37 Gew.-% H₂SCK bestand, gefüllt. Dem Elektrolyten wurde kein CuSO/ ·5Hp0-Depo.larisator zugegeben. In den Elektrolyten wurde eine gesinterte Tantal-Anode mit einem dielektrischen Oxidfilm-Überzug eingeführt. Dann wurde das offene Ende des Hanteis mit einer Dichtung verschlossen. Die Tantal-Anode hat die gleiche Größe wie die Tantal-Anode der Kondensatoren der Gruppe II. Die so gefertigten Kondensatoren erhalten im folgenden die Bezeichnung "Kondensatoren der Gruppe IV".

Die Kondensatoren aller Gruppen wurden einem Lebensdauer-Test bei 125°C unterzogen. Sie zeigten zu Anfang und nach 2000 Stunden die folgenden Eigenschaften:

Kap. -Ve r·»

änderung nach Leckstrom

Anzahl der anfängl. Kap.nach 2000 Std.in % nach 2000 Gruppe Einheiten Kap. Xut) Alte run,? (fcenittelt) Std. QuA)

I 3 1820-1890 1560-1890 -3,8 1,7-1,9

II 5 1510-1610 1500-1610 -11,4 1,5-1,6

III 5 1520-1670 1500-1620 -3,4 1,1-1,6

IV 5 I5OO-I74O 1360-1620 -20,8 1,2-1,7

Verglichen mit den Kondensatoren der Gruppe IV, die keinen Depolarisator enthielten, verfügen Kondensatoren mit einem Kupfersulfat-Depolarisator in einem eine anorganische Säure enthaltenden Elektrolyten über eine deutlich stabilere Kapazität. eO»849/1037

Claims

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Patentansprüche

Ί.^Elektrisches Bauteil, insbesondere Elektrolvtkondensator, mit einer Kathode, einem eine anorganische Säure enthaltenden, die Kathode kontaktierenden Elektrolyten und einem Kathoden-Depolarisator, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (14) eine poröse Schicht (16) aus einem elektrisch leitendes Metall enthaltenden Material umfaßt und daß der Kathoden-Depolarisator ein Kupfersalz enthält, daß durch einen Stromfluß zu Kupferionen reduziert werden kann, bevor die anorganische Säure reduziert wird.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallhaltige Material aus Platin, Palladium, Gold, Ruthen oder Rhodium, vorzugsweise aus Platin, besteht.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Kathoden-Depolarisators etwa zwischen 0,1 Gew.-^o und etwa 5 Gew.-So, vorzugsweise zwischen etwa 2 Gew.-Jo und etwa 4 Gew.-?o, des Elektrolyten beträgt.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch "gekennzeichnet, daß der Kathoden-Depolarisator ein Kupfersalz, vorzugsweise CuSOa·5H₂ ⁰» enthält.
5. Elektrolytkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt E₂SQ^₁ und eine poröse Iletallanode enthält, die einen dielektrischen Oxidfilm bildet.
6. Verfahren zur Depolarisierung eines vorzugsweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufgebauten elektrischen Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrschichtige Kathode gebildet wird, die eine poröse Schicht aus einem

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elektrisch leitendes Metall enthaltenden Hcterial umfaßt, daß die Kathode mit einem Elektrolyten kontaktiert wird, der eine anorganische Säure und einen Depolarisator mit. Kupferionen enthält, und daß die Kupferionen auf der Kathode als metallisches Kupfer abgeschieden werden.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator ein Kupfersalz enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfersalz durch einen Stromfluß am übergang zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten zu Kupferionen reduziert wird, bevor die Kupferionen auf der Kathode abgeschieden werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das metallisc/ie Kupfer nach seiner Abscheidung aufgrund einer Richtungsumkehr des elelztrischen Stromes als Kupferionen von der Kathode wieder gelöst wird.
10. Verfahren nach einen der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschiedene metallische Kupfer an der Kathode haftet und eine fehlerlose Struktur hat.

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