DE2952662C2

DE2952662C2 - Doppelschicht-Kondensator

Info

Publication number: DE2952662C2
Application number: DE2952662A
Authority: DE
Inventors: Yoshito Hirakata Ninomiya; Satoshi Yawata Sekido
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB2044535A; GB2044535B; FR2445601A1; FR2445601B1; US4363079A; DE2952662A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelschicht-Kondensator gemäß dem Oberbegriff dei Patentanspruchs 1.

Doppelschicht-Kondensatoren weisen eine elektrisehe Doppelschicht an einer Grenzfläche zwischen einem Elektrolyten und einer Elektrodenschicht auf. Mit ihnen kann man eine große Kapazität, einen niedrigen Serienwiderstand und eine niedrige Induktivität erreichen. Aufgrund ihrer großen Kapazität lassen sie sich für einen vorgegebenen Kapazitätswert mit relativ kleinen Abmessungen herstellen.

Aus der DE-OS 20 31 798 ist ein Doppelschicht-Kondensator bekannt, bei dem die elektrische Doppelschicht zwischen Kohlenstoff als Elektrodenmaterial, das elektrochemisch nicht aktiv ist, und einer wäßrigen Elektrolytlösung, beispielsweise Schwefelsäure oder Kalilauge, gebildet ist.

Ein ähnlicher Doppelschicht-Kondensator der eingangs angegebenen Art, der aus der US-PS 34 43 997 bekannt ist, weist einen Festelektrolyten auf, der eine Ionenleitfähigkeit aufweisende Verbindung der Zusammensetzung MAg₄Js aufweist, wobei es sich bei der Komponente M um K, Rb, NH₄, Cs und um Kombinationen dieser Stoffe handeln kann. Bei diesem bekannten Doppelschicht-Kondensator besteht eine metallische Anodenelektrode vorzugsweise aus Ag und eine nicht-metallische Kathodenelektrode enthält Kohlenstoff. Die Verwendung von Silber im Festelektrolyten und gegebenenfalls auch in der Anodenelektrode macht diesen bekannten Doppelschicht-Kondensator sehr teuer.

Aus der JA-OS Sho 48-56470 und der JA-OS Sho 49-70666 sind Doppelschicht-Kondensatoren bekannt, die als Elektrodenmaterial anstelle von Kohlenstoff Silberchalcogenid und einen Festelektrolyten wie RbAg₄J₅, Ag₃SJ und Ag₆J₄WO₄ aufweisen. Diese bekannten DoppelschichtKondensatoren weisen drei Elektroden auf und eignen sich zur Speicherung eines elektrischen Potentials. Aufgrund der Verwendung teurer Materialien wie Silber und Silbersalz sind diese Doppelschicht-Kondensatoren jedoch relativ teuer.

In dem Bestreben, preiswertere Doppelschicht-Kondensatoren zu schaffen, hat man gemäß den veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen 53-72161, 53-12728 und 53-133756 die Elektroden eines Doppelschicht-Kondensators aus einer Mischung von Cu„S(x < 2) und einem Festelektrolyten hergestellt und zwischen die Elektroden einen Festelektrolyten mit Cu+-Ionenleitfähigkeit gefüllt, der aus einem Reaktionsmittel aus Kupferhalogenid und N-Methylhexamethy-Ientetramin-Halogenid oder N-N'-Methyl-Triäthylendiamin-Halogeniti hergestellt worden ist Ein solcher Doppelschicht-Kondensator ist einem Doppelschicht-Kondensator, bei dem Ag als Gegenelektrodenmaterial einfach durch Cu ersetzt worden ist, überlegen, da bei ihm nicht in einem frühen Stadium ein Durchbruch auftritt, der dessen Weiterverwendbarkeit verhindert. Eine niedrige lonenleitfähigkeit von 10-²S/cm, die bei '/5 bis '/io der lonenleitfähigkeit eines Sübarsalzes liegt, so daß irn Vergleich zu einem Kondensator mit Silbersalz nur ein kleiner Strom fließt, wurde jedoch nicht als zufriedenstellend angesehen. Hinzu kommt, daß Kupferhalogenid wieder im Festelektrolyten niedergeschlagen wird, weswegen ein Leckstrom durch die niedergeschlagene Verbindung fließt, und in diesem Stadium spielt die ionische Leitung keine Hauptrolle mehr. Daher ist die Ladungsspeicherfähigkeit schlechter als die von Silbersalz enthaltenden herkömmlichen Kondensatoren.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Doppelschicht-Kondensalor verfügbar zu machen, der billig herstellbar ist und gute elektrische Eigenschaften aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und kann den Unteransprüchen entsprechend vorteilhaft weitergebildet werden.

Der beanspruchte Doppelschicht-Kondensator kann, da er kein teures Silber aufweist, preiswert hergestellt werden. Ferner kann er ein aufgeprägtes Potential viele Stunden lang halten, nachdem der Ladestrom beendet ist, so daß er sich als Potentialspeicher eignet. Ferner weist er eine gute Linearität des Potentials der Polarisationselektrode bezüglich einer zugeführten Ladungsmenge auf.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Röntgenstrahlenbeugungsmuster zum Nachweis des Vorhandenseins von CuJ in Festelektrolyten unterschiedlicher Zusammensetzung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur für herkömmliche Festelektrolyten und einen Festelektrolyten des beanspruchten Kondensators,

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht eines Kondensators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht eines anderen Kondensators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 eine graphische Darstellung einer charakteristischen Kurve der Ladungsspeicherfähigkeit des Kondensators nach F i g. 4,

Fig.6 eine vertikale Schnittansicht eines weiteren Kondensators gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 7 eine vertikale Schnittansicht in der schematisch ein Kondensator mit mehreren beanspruchten kapazitiven Einheitszellen dargestellt ist,

F i g. 8 eine graphische Darstellung von Potertialänderungen einer Polarisationselektrode und einer Gegenelektrode gegenüber einer Cu-Bezugselektrode in einem beanspruchten Kondensator,

F i g. 9 eine graphische Darstellung von Beziehungen zwischen einem Zusammensetzungsverhältnis einer Gegenelektrode und der Zersetzungsspannung und der Lebensdauer eines beanspruchten Kondensators,

Fig. 10 eine graphische Darstellung von Beziehungen zwischen einem Zusammensetzungsverhältnis einer Gegenelektrode und der Ladungsspeicherfähigkeit (Speicherzeit) eines beanspruchten Kondensators bei einem Entladungsstrom von 30 μΑ.

F i g. 11 eine graphische Darstellung von Potentialänderungen einer Polarisationselektrode gegenüber einer Cu-Bezugse!ektrodc bei einem beanspruchten Kondensator,

Fi g. 12 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen Potentialänderungen und dei Lade- oder Entladezeit bei Kondensatoren mit Stromabnehmern, die Au oder rostfreien Stahldraht aufweisen,

Fig. 13 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Kapazität des Kondensators gemäß Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 12 und dem Gewicht einer Polarisationselektrode,

Fig. 14 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Entladungswirkungsgrad in °/o und Lade/Entladezyklen bei den Kondensatoren gemäß Beschreibung im Zusammenhang mit F i g. 12,

F i g. 15 eine graphische Darstellung von Potentialänderungen der Polarisationselektrode gegenüber Lade- und Entladeströmen bei dem Kondensator mit einer Kurve/gemäß F ig. 12 und

Fig. 16(a) bis 16(e) graphische Darstellungen zum Vergleich der Ladungsspeicherfähigkeit des Kondensators nach Fig. 3 mit anderen Kondensatoren, die mit bekannten Produkten hergestellt worden sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelschicht-Kondensator mit einer Polarisationselektrode, mit einer Gegenelektrode und mit einem zwischen der Polarisationselektrode und der Gegenelektrode angeordneten Festelektrolyten. Die Polarisationselektrode und die Gegenelektrode weisen Kupfersulfid auf. Der Festelektrolyt ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß er CuCI aufweist, bei dem Vs der Cu + -Ionen durch Rb+-Ionen und ¹A bis '/3 der Cl--Ionen durch J--Ionen in dem CuCl ersetzt sind.

Vor einiger Zeit ist auf dem (von der Japan Chemical Society geförderten und am 19. und 20. Oktober 1978 in Tokio veranstalteten) »6th Solid Electrolyte Meeting« berichtet worden, daß Rb₄Cui₆J?Cli3 eine Cu+ -ionische Leitung mit einer hohen Leitfähigkeit aufweist, die etwa in derselben Größenordnung wie die von RbAg₄Js liegt. Diesem Bericht folgend untersuchten die Schöpfer der vorliegenden Erfindung den Festelektrolyten gleicher Zusammensetzung und fanden, daß die herkömmlichen Probleme hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeitsverschlechterung bei einer Temperatur oberhalb 45° C aufgrund eines elektrischleitenden Cu,-Niederschlages nahezu überwunden werden köwnen, indem man Vs der Cu⁺-Ionen im CuCI durch Rb⁺-Ionen und '/3 bis V20 Cl--Ionen im CuCl durch ]--Ionen ersetzt Die Erfinder führten ihre Untersuchung fort und fanden, daß ein mit der zuvor genannten Zusammensetzung hergestellter Festelektrolyt eine kleine Menge CuJ enthält und daß ein Festelektrolyt, der dadurch hergestellt worden ist daß man '/5 der Cu+-Ionen in CuCl durch Rb+-Ionen und eine Menge, die etwas kleiner ak. '/3 der C]--Ionen in CuCl ist, durch J--Ionen ersetzt, hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeit überlegen ist

Die Erfinder fanden, daß eine bessere Fähigkeit zur Ladungsspeicherung mit einem Festelektrolyten erhältlich ist, den man erzeugt indem man '/5 der Cu+-Ionen in CuCl durch Rb+-Ionen und '/3 bis ¹A der Cl--Ionen in CuCl durch J--Ionen ersetzt Der erfindungsgemäße Festelektrolyt zeigte sich hinsichtlich Stabilität und Ionenleitfähigkeit einem Produkt überlegen, das man durch eine Reaktion zwischen CuBr und N,N'-Methyltriäthylendiaminbromid erhält, ein Reaktanzmittel, von dem man heikömmüch weiß, daß es eine hohe Cu + 'Ionenleitt'Shigkeit aufweist.

F i g. 1 zeigt Röntgenstrahlenbeugungsmuster, denen man entnehmen kann, ob CuJ in Festelektrolyten dreier

2Ί unterschiedlicher Zusammensetzungen enthalten ist. Die drei Festelektrolyte sind Rb₄CUi₆JzCIu (als Festelektrolyt I bezeichnet), von dem auf dem 6th Solid Electrolyte Meeting berichtet worden ist, Rb3Cui2jsClio (als Festelektrolyt II bezeichnet) und Rb₄CUi₆JsCIiS (als

jo Festelektrolyt 111 bezeichnet) gemäß dem beanspruchten Kondensator. Der Festelektrolyt I, von dem berichtet worden ist, nämlich Rb₄Cuι» J7CI13, enthält eine relativ große Menge CuJ (dies bestätigen Spitzen in Röntgenstrahlenbeugungsmuster bei 20 = 25,5° una

π 42.2°, wobei Θ ein Einfallswinkel bezüglich einer Kristallfläche ist). Andererseits enthält der Festelektrolyt Il des beanspruchten Kondensators, nämlich RbiCuiiJsClio, der durch Ersetzen von '/3 der Cl~-lonen in CuCI durch J--Ionen hergestellt worden ist, lediglich eine kleine Menge CuJ. Das Röntgenstrahlenbeugungsmuster bestätigt, daß im Festelektrolyten III des beanspruchten Kondensators, nämlich Rb₄CUi₆J5CIj₅, der durch Ersetzen von 'Avon Cl"-Ionen in CuCl durch J--Ionen hergestellt worden ist, überhaupt kein CuJ

4i enthalten ist.

Fig. 2 zeigt die Leitfähigkeit herkömmlicher Festelektrolyte und des Festelektrolyten III, Rb₄CUi₆J₅Cl)₅, in Abhängigkeit von der Temperatur. Der Festelektrolyt I, von dem vor einiger Zeit berichtet worden ist,

■><> nämlich Rb₄Cui6j7Cln, weist eine Temperaturabhängigkeit in seiner Leitfähigkeitsänderung auf, wie sie durch eine mit I bezeichnete Kennlinie gezeigt ist. Der Festelektrolyt III, Rb₄CUi₆J₅OiS, zeigt eine Leitfähigkeitsänderung, wie sie durch die mit MI bezeichnete

■>> Kennlinie dargestellt ist. Eine mit I' bezeichnete Kennlinie zeigt die Leitfähigkeitsänderung eines aus CuBr und Methyl-triäthylendiaminbromid hergestellten herkömmlichen Reaktionsmittels. Aus den Kennlinien I, Γ und III ist ersichtlich, daß der Festelektrolyt III,

Wi Rb₄CUi₆JsCIi₅, bezüglich der Leitfähigkeit weniger gut als der Fesielektrolyt I, von dem berichtet worden ist, nämlich RbXli^Cln, jedoch besser ist als der herkömmliche Festelektrolyt Γ, und zwar bei einer Temperatur oberhalb 12,7°C.

ι=; Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der F i g. 3 bis 16 erläutert.

F i g. 3 zeigt eine Vertikalschnittansicht einer kapazitiven Vorrichtung (im folgenden einfach Kondensator

genannt) gemäß einer ersten Ausführungsform des beanspruchten Kondensators. Der Kondensator gemäß der ersten Ausführungsform umfaßt eine Gegenelektrode t, einen Stromabnehmer 2 für die Gegenelektrode 1, eine erste Festelektrolytschicht 3, eine Polarisationselek- ■> trode 4, die der Gegenelektrode 1 unter Zwischenschaltung der ersten Festelektrolytschicht 3 gegenübersteht, einen Stromabnehmer 5 für die Polarisationselektrode 4, eine Bezugselektrode 6, die der Polarisationselektrode 4 unter Zwischenschaltung einer zweiten Festeiektrolytschicht 3' gegenübersteht, einen Stromabnehmer 7 für die Bezugselektrode 6 und ein Metallgehäuse 8.

Der Kondensator wird folgendermaßen hergestellt: Der Festelektrolyt III, nämlich Rb₄CuIbJ₅CIi₅, und Cu,S ΐί werden so gemischt, daß sich in der resultierenden Mischung etwa 80 Gewichtsprozent Cu₁S befinden. Dann wird die Mischung zur Erzeugung der Gegenelektrode 1 geformt. Der Stromabnehmer 2 für die Gegenelektrode 1 wird gebildet, indem auf die Gegenelektrode 1 ein Edelmetall, wie Au, Pd oder Pt₁ aufgedampft wird.

Alternativ dazu kann als Stromabnehmer 2 der Gegenelektrode 1 ein durch Au, Pd oder Pt plattiertes Metallnetz verwendet werden. Das plattierte Metall- >■> netz wird unter Anwendung von Druck in der Gegenelektrode 1 vergraben, und zwar zur gleichen Zeit, zu welcher die Gegenelektrode 1 durch Preßformung erzeugt wird. Als Bestandteile für die Festelektrolytschicht 3 werden Kupferhalogenid und Rubidiumha- jo logenid zwei Stunden lang auf 140⁰C erwärmt, um Wasser und überschüssiges Halogenid aus diesen auszutreiben, und werden dann gemischt, um RbjCusJjCI? zu ergeben. Das RbiCueJjCl? wird ferner zu einem Pellet geformt und 17 Stunden auf 200⁰C i> erwärmt, um die Festeiektrolytschicht 3 zu erhalten. Die Polarisationselektrode 4 und deren Stromabnehmer 5 werden auf ähnliche Weise erzeugt wie die Gegenelektrode bzw. deren Stromabnehmer 2.

Die Bezugselektrode 6 und deren Stromabnehmer 7 ->'■> werden ebenfalls in ähnlicher Weise gebildet wie die Gegenelektrode 1 bzw. deren Stromabnehmer 2. Die zweite Festeiektrolytschicht 3' wird zwischen der Polarisationselektrode 4 und der Gegenelektrode 6 in ähnlicher Weise erzeugt wie die erste Festelektrolyt- -n schicht 3.

Der Stromabnehmer 2 wird auf einer Bodenfläche des Metallgehäuses 8 angeordnet und mit dieser verbunden. Der Stromabnehmer 2, die Gegenelektrode 1, die erste Festeiektrolytschicht 3, die Polarisationselektrode 4, die 5« zweite Festeiektrolytschicht 3', die Gegenelektrode 6 und deren Stromabnehmer 7 werden im Metallgehäuse gestapelt Mit dem Metallgehäuse 8 wird ein Zuleitungsdraht 9 verbunden. Ein Zuleitungsdraht 10 ist mit dem Stromabnehmer 5 der Polarisationselektrode 4 verbunden. Ein Zuleitungsdraht 11 ist mit dem Stromabnehmer 7 der Bezugselektrode 6 verbunden. Die Zuleitungsdrähte 10 und 11 sind rund um die Anschlußstellen vergraben, und zwar unter Verwendung eines Isolierharzes 12, wie Epoxyharz, als Füll-, Verpackungs- und/oder DichtmateriaL

Ein mit einem Edelmetall, beispielsweise Au, Pd oder Pt, plattierter Kupferdraht wird zur Bildung des Stromabnehmers 5 in die Polarisationselektrode gepreßt und zwar bei deren Preßformung. Ein Teil des Stromabnehmers 5 wird von der Polarisationselektrode 4 aus nach oben gebogen, nachdem Teile der zweiten Festeiektrolytschicht 3', der Bezugselektrode 6 und von deren Stromabnehmer 7 abgeschnitten worden sind. Dies wird in einer Herstellungsstufe nach dem Preßformen der gestapelten Kondensatorelemente und nach Vollendung des Aufdampfens der Stromabnehmer 2 und 7 getan. Der Zuleitungsdraht oder Anschluß 10 wird am Stromabnehmer 5 festgelötet, wie es in F i g. 3 gezeigt ist.

Bei der ersten Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Bezugselektrode 6 so angeordnet, daß sie der Gegenelektrode 1 gegenüberliegt. Eine zweite Ausführungsform, wie sie in Fig.4 gezeigt ist, weist einen modifizierten Aufbau auf. Ein Randteil einer scheibenförmigen Gegenelektrode 1 ist vom Rest durch eine Nut

13 getrennt und wird als Bezugselektrode 6 verwendet. Ein Kondensator gemäß der zweiten Ausführungsform hat gegenüber dem Kondensator gemäß der ersten Ausführungsform den Nachteil, daß das Potential der Polarisierungselektrode 4 über einen vorbestimmten Potentialwert V_x hinausschießt, wie in F i g. 5 gezeigt ist, wenn die Stromzufuhr beendet wird. Man nimmt an, daß dies darauf beruht, daß sich die Ladungsverteilung der Polarisationselektrode 4, die der Bezugselektrode 6 gegenüberliegt, auch nach der Beendigung der Stromzufuhr ändert. Dies geschieht deswegen, weil der Strom anscheinend nur in der Nähe der Gegenelektrode 1 fließt und die Ladungsverteilung unter der Bezugselektrode 6, wo kein Strom fließt, von derjenigen der Gegenelektrode 1 verschieden ist. Deshalb ändert sich die Ladungsverteilung in dem Kondensator, was nach Beendigung der Stromzufuhr zu einer gleichförmigen Verteilung führt. Eine ähnliche Erscheinung des Überschießens wird auch beobachtet, wenn der Strom wieder zu fließen beginnt. Der Kondensator gemäß der in F i g. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform weist gegenüber dem Kondensator der ersten Ausführungsform verschiedene vorteilhafte Merkmale auf; er benötigt weniger Material und kann mit weniger Herstellungsschritten erzeugt werden.

Ein kapazitives Element 19 gemäß einer dritten Ausführungsform ist in Fig.6 gezeigt Das kapazitive Element 19 umfaßt eine als negative Elektrode verwendete Gegenelektrode 14, deren Stromabnehmer 15, eine Festeiektrolytschicht 16, eine als positive Elektrode benutzte Polarisationselektrode 17 und deren Stromabnehmer 18. Elektrolytisches Kupferpulver (vorzugsweise mit einer Reinheit von mehr als 99,99%) wird mit einem Anteil von 60 Gewichtsprozent zu Cu,S hinzugegeben. 80 Gewichtsprozent dieser Mischung aus 60 Gewichtsprozent elektrolytischem Kupferpulver und 40 Gewichtsprozent Cu₁S und 20 Gewichtsprozent eines Festelektrolyten mit der durch vorliegende Erfindung offenbarten Zusammensetzung werden gemischt und geformt um ein gepreßtes Pellet oder eine gepreßte Tablette für die Gegenelektrode 14 zu erhalten. Der Stromabnehmer 15 der Gegenelektrode

14 wird durch Aufdampfen eines Edelmetalls, wie Au, Pd oder Pt, auf die Gegenelektrode 14 erzeugt Die Festeiektrolytschicht 16 wird in ähnlicher Weise hergestellt wie die erste Festeiektrolytschicht 3 der ersten Ausführungsform.

Ein Gewichtsteil Aktivkohle und 9 Gewichtsteile des Festelektrolyten werden miteinander gemischt Diese Mischung wird zum Erhalt einer gepreßten Tablette für die Polarisationselektrode 17 geformt Der Stromabnehmer 18 der Polarisationselektrode 17 wird auf der Polarisationselektrode 17 durch Aufdampfen eines Edelmetalls erzeugt, in ähnlicher Weise wie der Stromabnehmer 15.

Das kapazitive Element gemäß Fig. 6 bildet eine Einzeleinheitszelle eines Kondensators, der eine vorbestimmte Anzahl solcher Einheitszellen aufweist. Die Durchbruchsspannung eines kapazitiven Elementes gemäß der dritten Ausführungsform entspricht einer Zersetzungsspannung von 0,6 V. Eine höhere Durchbruchsspannung erhält man, indem man mehrere Einheitszellen in Reihe schaltet. Fig. 7 zeigt in einer schematischen Vertikalschnittansicht einen Kondensator mit mehreren kapazitiven Einheitszellen der dritten ι ο Ausführungsform.

Der Kondensator nach Fig. 7 umfaßt mehrere kapazitive Einheitszellen 19 in einem Metallgehäuse 20. Die kapazitiven Elemente 19 werden mittels Silberpaste aneinander befestigt und im Metallgehäuse 20 angeord- ι => net. Ein Zuleitung?- oder Anschlußdraht 21 wird mit dem Metallgehäuse 20 mittels Schweißen, Löten oder Hartlöten verbunden. Ein Anschlußdraht 22 wird gleichermaßen mit dem Stromabnehmer 18 einer kapazitiven Einheitszelle an einem Ende der gestapelten Einheitszellen 19 verbunden. Ein Packungs-, Füll- und/oder Dichtungsgummi 23 und eine Harzkappe 24 werden in einen offenen Teil des Metallgehäuses eingesetzt. Nach dem Einsetzen wird der offene Teil des Metallgehäuses 20 nach innen gebördelt, um die gestapelten Einheitszellen 19 gegen die Bodenfläche des Metallgehäuses 20 zu pressen. Ein Harz 25 wird auf der Kappe 24 als Stopf- und/oder Quellmittel verwendet.

Die graphische Darstellung in F i g. 8 zeigt Potentialänderungen einer Polarisationselektrode und einer Gegenelektrode, die beide Cu₁S enthalten, gegenüber dem Potential einer Bezugselektrode, die Cu-Pulver aufweist. Die graphische Darstellung erhält man mit einem konstanten Gleichstrom in einem beanspruchten Kondensator. Cu-Pulver und eine übermäßige Menge « Schwefelpulver werden miteinander vermischt und in einer geschlossenen Kapsel so erwärmt, daß sie miteinander reagieren, wobei eine Verdampfung von S unterbunden ist. Die Reaktionsteilnehmer werden dann 15 Stunden lang in Luft auf 150⁰C erwärmt, um die 4» überschüssige Schwefelmenge zu entfernen, und ein Festelektrolyt wird mit der vorgeschlagenen Zusammensetzung in einem Verhältnis von 8 Gewichtsteilen des ersteren und 2 Gewichtsteilen des letzteren gemischt Die Mischung wird dann geformt um gepreßte Pellets oder Tabletten für eine Polarisationselektrode und eine Gegenelektrode der in F i g. 3 oder in F i g. 4 gezeigten kapazitiven Vorrichtung zu erhalten. Elektrolytisches Kupfer und ein ähnlicher Festelektrolyt werden zusammen in einem Verhältnis von 8 Gewichtsteilen des ersteren und 2 Gewichtsteilen des letzteren gemischt, um eine Mischung für eine Bezugselektrode zu erhalten. Das Gewicht der Gegenelektrode ist halb so groß wie das der Polarisationselektrode und der Bezugselektrode.

Bevor ein Strom in den Kondensator fließt liegen die Anfangspotentiale der Polarisationselektrode und der Gegenelektrode gegenüber der Bezugselektrode auf etwa 330 mV an einem Punkt P₀. Unter Verwendung der Polarisationselektrode als Anode und der Gegenelektrode als Kathode wird eine Spannung an die kapazitive Vorrichtung angelegt, und der Stromfluß wird so eingestellt, daß man eine Stromdichte von 1 mA/cm² erhält

(a-1): Das Potential der Polarisationselektrode steigt linear an, wie es durch eine Kurve in einem mit D bezeichneten Abschnitt gezeigt ist, während das Potential der Gegenelektrode sich vom Punkt P₀ (bei 330 mV) nach links verändert, wie es durch eine Kurve in einem mit C bezeichneten Abschnitt gezeigt ist. Wenn die Stromzuführung im Abschnitt D gestoppt wird, ändert sich das Potential der Polarisationselektrode nicht. In diesem Zustand steigt jedoch das Potential der Gegenelektrode an und hält an bei einer Spannung von etwa 310 mV (bei einem mit P\ bezeichneten Punkt).

(a-2): Wenn die Stromzufuhr weiter andauert, erreicht das Potential der Polarisationselektrode in einem mit E bezeichneten Bereich bei 430 mV einen flachen Teil, während das Potential der Gegenelektrode im Bereich C liegt. Wenn die Stromzufuhr in diesem Zustand angehalten wird, nimmt das Potential der Polarisationselektrode einen Wert von etwa 410 mV an, während das der Gegenelektrode einen Wert von etwa 31OmV annimmt.

(a-3): Wenn die Stromzufuhr weiter fortschreitet, liegt das Potential der Polarisationselektrode im Bereich £, während das der Gegenelektrode drastisch in einen mit B bezeichneten Bereich abfällt und in einen mit A bezeichneten Niederpotentialbereich einläuft. Wenn die Stromzufuhr in diesem Zustand angehalten wird, nähert sich das Potential der Polarisationselektrode einem Wert von etwa 415 mV, während sich das der Gegenelektrode einem Wert von etwaO mV nähert.

(b-1): Wenn die Stromzuführung auf umgekehrte Weise durchgeführt wird, d. h., indem die Polarisationselektrode als Kathode und die Gegenelektrode als Anode verwendet werden, findet die Gesamtreaktion vollständig in umgekehrter Weise statt. In diesen Bereichen weist das Cu*S der Gegenelektrode zwei Phasen anstelle der homogenen Phase auf, und folglich ist die Gegenelektrode nicht polarisierbar, was zur Erzeugung von Hystereseschleifen in den Bereichen A und Cder Potentialkurve führt.

Nach einer Untersuchung der Potentialkurve kann man seitens der Erfinder schließen, daß ein Kondensator mit einer Polarisationselektrode, die Cu,S aufweist (dies ist der Fall, wenn das Potential im Bereich D der Kurve liegt), eine höhere Linearität der Potentialänderungen im Ansprechen auf die Stromzufuhrmenge über die gesamten Potentialänderungen der Polarisationselektrode von 0 bis 70 mV bezüglich der Gegenelektrode aufweist. Zusätzlich weist er eine bessere Ladungsspeicherfähigkeit zum Zeitpunkt der Beendigung cjer Stromzufuhr auf. Die Erfinder schließen außerdem, daß sich das Potential der Gegenelektrode über dem weiten Änderungsbereich der Zuführladungsmenge im Bereich C wenig ändert und daß es daher möglich ist, eine über der Gegenelektrode und der Polarisationselektrode aufgeprägte Spannung auf einen niedrigen Wert einzustellen.

Es ist vorzuziehen, die Zusammensetzung der Bezugselektrode durch eine Coulomb-Titration zu steuern. Zunächst wird das Gewicht der Gegenelektrode auf etwa den doppelten Wert des Gewichtes der Polarisationselektrode eingestellt, und die Bezugselektrode wird so benutzt, daß sie als Polarisationselektrode (Arbeitselektrode) arbeitet Ein Strom wird eingespeist der zwischen der Gegenelektrode und der als Kathode verwendeten Bezugselektrode fließt Die Coulomb-Titration wird durchgeführt indem das Potential der Bezugselektrode gegenüber demjenigen der Polarisationselektrode beobachtet und die Titration angehalten wird, wenn das Bezugselektrodenpotential von der geraden Linie im Bereich D abweicht

Für den FaIL daß Cu₁S für die Gegenelektrode des in Fig.6 gezeigten kapazitiven Elementes verwendet

wird, ist es erforderlich, das Gegenelektrodenpotential auf das Cu-Potential zu verringern. Dies deshalb, weil sich das Gegenelektrodenpotential bezüglich der Bezugselektrode (d. h. gegenüber Cu) um das Potential von etwa 310 mV ändert, und daher kann eine Durchbruchsspannung von 0,6 V entsprechend der Zersetzungsspannung des Festelektrolyten nicht erwartet werden. Der zuvor erwähnten Analyse der Kurven in Fig. 8 folgend wird eine Beziehung zwischen einem Ruhe- bzw. Restpotential und einer Menge des zugefügten Kupferpulvers gemessen. Meßergebnibse sind in den F i g. 9 und 10 gezeigt.

F i g. 9 zeigt graphisch die Beziehungen zwischen einem Zusammensetzurigsverhältnis einer Gegenelektrode und der Durchbruchsspannung bzw. Lebensdauer eines beanspruchten Kondensators. Durch Verändern des Cu2S-Zusammensetzungsantei!s in einer Bezugselektrode erhält man Messungsergebnisse für die Zersetzungs-(Durchbruchs-)Spannung (gezeigt durch eine Kurve F) und die Lebensdauer (gezeigt durch eine Kurve G). Die Lebensdauer wird geschätzt mittels einer Anzahl von Zyklen bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem ein Durchbruch stattfindet, wenn das kapazitive Element nach F i g. 6 wiederholt geladen und entladen wird, und zwar mit Anschlußspannungen zwischen 0 und 600 mV und einem Strom von 10 mA.

F i g. 10 zeigt graphisch eine Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsverhältnis einer Gegenelektrode und der Ladungsspeicherfähigkeit, die geschätzt wird mittels einer Ladungsspeicherzeit in Minuten bei einem Entladungsstrom von 30 μΑ, und zwar bei einem Kondensator mit dem Aufbau nach Fig.6. Durch Änderung des Cu2S-Zusammensetzungsanteils in der Gegenelektrode erhält man Meßergebnisse für eine Speicherzeitlänge in Minuten. Diese Länge wird bewertet anhand von Zeitlängen bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem eine Anschlußspannung 560 mV (durch Kurve H gezeigt) und 5⁰O mV (durch Kurve / gezeigt) erreicht wird, und zwar von derjenigen Zeit ab, zu welcher das kapazitive Element auf eine konstante Spannung von 600 mV geladen ist und mit einem Entladungsstrom von 30 μΑ entladen wird.

Sorgfältige Untersuchungen der F i g. 9 und 10 haben ergeben, daß ein kapazitives Element mit einem Cu₂S-Zusammensetzungsanteil zwischen 20 und 40 Gewichtsprozent in der Gegenelektrode nicht nur eine hohe Durchbruchsspannung, sondern auch einen langen Lebenszyklus bzw. eine lange Lebensdauer aufweist. Dies liegt daran, daß das beanspruchte kapazitive Element eine große Menge Ladungen speichern kann und somit der Polarisationseffekt an der Gegenelektrode klein ist.

F i g. 1! zeigt graphisch Elektrodenpotentialänderungen gegenüber einer Bezugselektrode aus Cu bei einem beanspruchten kapazitiven Element. Das kapazitive Element, dessen Verhalten in F i g. 11 gezeigt ist umfaßt eine Gegenelektrode mit einem Cu2S-Zusammensetzungsanteil zwischen 20 und 40 Gewichtsprozent, wie zuvor beschrieben, eine Polarisationselektrode mit einem vorliegend beschriebenen Festelektrolyten und Aktivkohle mit einem Zusammensetzungsanteil von 10 Gewichtsprozent, und eine Bezugselektrode, die durch Mischen des Festelektrolyten und von elektrolytischem Kupferpulver in einem Verhältnis von 2 Gewichtsteilen des ersteren und 8 Gewichtsteilen des letzteren hergestellt worden ist In diesem Fall weisen die drei Elektroden gleiches Gewicht auf.

Als erster Schritt werden alle drei Anschlüsse der drei

Elektroden für etwa 16 Stunden kurzgeschlossen. Nach diesem Kurzschließen während einer derart langen Zeit wird das Potential der drei Elektroden gleich dem des Cu (d. h., das Potential der Polarisationselektrode wird 0). Dann wird eine Stromzufuhr durchgeführt, und zwar unter Verwendung der Polarisationselektrode als Anode bei einer Stromdichte von 1 mA/cm².

(c-1): Das Potential der Polarisationselektrode ändert sich linear bis zur Zersetzungsspannung des Festelektrolyten, d. h. 600 mV, wie es in F i g. 11 durch eine Kurve ρ in einem mit B' bezeichneten Bereich gezeigt ist. Wenn die Stromzufuhr an einem Punkt angehalten wird, der im Bereich B' auf halben Weg liegt, wird das Potential dort gehalten. Das Potential der Polarisationselektrode ändert sich bei Beendigung der Stromzufuhr leicht in Aufwärtsrichtung längs der Kurve p. und zwar aufgrund einer elektrochemischen Reaktion von in der Polarisationselektrode absorbiertem Sauerstoff (während das Potential der Polarisationselektrode, die Cu_VS aufweist, gut im Bereich £> gehalten wird).

(c-2): Wenn der Strom weiter zugeführt wird, erreicht das Potential der Polarisationselektrode eine ganz oben liegende flache Zone in einem Bereich C der Kurve p. Wenn die Stromzufuhr in der flachen Zone im Bereich C" angehalten wird, verringert sich das Potential der Polarisationselektrode und gelangt auf 600 mV.

(d-1): Wenn die Stromzufuhr in diesem Stadium umgekehrt wird, verringert sich das Potential der Polarisationselektrode reversibel im Bereich B'. Ein Grund für den Hystereseeffekt im Bereich O wird darin gesehen, daß Halogengas, das sich bei der Zersetzung des Festelektrolyten entwickelt, teilweise von der Polarisationselektrode an die Atmosphäre abgegeben wird. Das auf der Polarisationselektrode zurückbleibende Halogengas trägt zur Entladungsreaktion in der umgekehrten Richtung auf der Kurve q im Bereich C bei.

(d-2): Wenn der Strom weiterhin zugeführt wird, um die Reaktion der umgekehrten Richtung mit einer Stromdichte von 1 mA/cm^: weiterzuführen, erreicht das Potential der Polarisationselektrode in einem Bereich Λ'eine flache Zone auf der Kurve q. in diesem Stadium wird Kupfer im Festelekirolyten niedergeschlagen. Durch Analysieren der Meßergebnisse ist der Schluß gezogen worden, daß. obwohl die Potentiallinearität und die Ladungsspeicherfähigkeit bei dem Kondensator mit der Aktivkohle enthaltenden Polarisationselektrode weniger gut ist als bei dem Kondensator, der die Polarisationselektrode mit Cu _VS enthält, bei dem ersteren Kondensator (der die Polarisationselektrode mit aktiver Kohle und die Gegenelektrode mit Cu aufweist) eine hohe Durchbruchsspannung erhältlich ist, die nahezu gleich der Zersetzungsspannung ist.

Eine Elektrode mit der Aktivkohle ist hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeit bei einem hohen Spannungsbereich gut da sich Sauerstoffgas auf der Elektrode mit Aktivkohle leicht entlädt (O₂ wird zu O - und trägt somit zur elektrochemischen Reaktion bei). Deshalb kann man als eines der geeigneten Anwendungsfelder des beanspruchten Kondensators dessen Verwendung als vorübergehende Stromquelle für beispielsweise eine Speicherschaltung oder ähnliche elektronische Schaltungen bei einem Energieversorgungsausfall in Betracht ziehen.

Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Potentialänderungen einer Polarisationselektrode und einer Lade/Entladezeitdauer bei Kondensatorea bei denen die Polarisationselek-

trode Stromabnehmer mit einem Au-Netz oder rostfreien Stahldrähten aufweist. Für die graphische Darstellung ist das Polarisationselektrodenpotential gegenüber dem Potential einer Bezugselektrode gemessen worden, und zwar bei einem konstanten Stromfluß von 10 mA zwischen der Polarisationselektrode und der Gegenelektrode. Die Potentialänderung bei der Ladung entspricht der Änderung der gespeicherten Ladungsmenge, während die Potentialänderung bei der Entladung der Änderung der Ladungsspeicherfähigkeit entspricht. Eine Kennlinie / kennzeichnet das Verhalten des Kondensators, der die Polarisationselektrode mit einem Stromabnehmer aus einem goldplattierten Metallnetz aufweist, während eine Kennlinie K das Verhalten des Kondensators bei 25⁰C und 6O⁰C bezeichnet, der die Polarisationselektrode mit einem Stromabnehmer aus Drähten rostfreien Stahls aufweist.

Bei dem Kondensator mit dem aus dem Goldnetz hergestellten Stromabnehmer steigt das Polarisationselektrodenpotential gegenüber dem Bezugselektrodenpotential linear mit der gespeicherten Ladungsmenge an, wenn ein Strom von der Polarisationselektrode zur Gegenelektrode fließt. Dieser lineare Anstieg, wie er durch den Kennlinienteil J gezeigt ist, wird zwischen Zeiten a und b der Fig. 12 beobachtet. Wenn die Stromzufuhr zum Kondensator zur Zeit b angehalten wird, hört die Cu+ -Ionenbewegung im Festelektrolyten auf, und die gespeicherten Ladungen werden, wie die Kennlinie / zeigt, während eines Zeitablaufs von 20 Stunden zwischen den Zeiten b und c »konservierte oder festgehalten.

Wenn der Kondensator beim nächsten Schritt entladen wird (d. h., es fließt ein Strom von der Gegenelektrode zur Polarisationselektrode), verringert sich das Polarisationselektrodenpotential, wie es Kurve J zeigt, linear im Zeitbereich <:—d. Gleiche Tendenzen erhält man für die Potentialänderung in der Atmosphäre oberhalb Raumtemperatur und unterhalb 80^DC.

Im Fall des anderen Kondensators mit dem Stromabnehmer aus Drähten rostfreien Stahls ändert sich das Polarisationselektrodenpotential nicht linear, wie es die gestrichelte Kurve K zeigt. Der Kondensator mit der Kurve K ist daher hinsichtlich der Linearität der Potentialänderung schlechter als die mit der Kurve / Es ist außerdem bestätigt, d^ß die effektive Kapazität des Kondensators mit der Kurve K größer ist als diejenige des Kondensators mit der Kurve / Diese Tatsache zeigt, daß nicht alle der zugeführten Ladungen in dem Kondensator gespeichert werden, sondern einige der Ladungen in anderer Form als für das Laden verlorengehen. Die verlorenen Ladungen bewirken eine Korrosion des aus rostfreiem Stahldraht hergestellten Stromabnehmers. Die Korrosion verhindert die Bildung der elektrischen Doppelschicht an der Grenzfläche zwischen der Polarisationselektrode und dem Festelektrolyten. Daher zeigt das Potential über den Zuleitungsdrähten des Kondensators einen niedrigen Wert und die von der Potentialänderung abgeleitete effektive Kapazität wird als groß beobachtet

Zusätzlich wird bei dem Kondensator mit der Kurve K in F ig. 12 nach der Unterbrechung der Stromzufuhr zur Zeit b in Fig. 12 eine Potentialdegeneration bzw. -entartung beobachtet Dies bedeutet, daß die Ladungsspeicherfähigkeit schlechter ist als im Fall des Kondensators mit der Kennlinie /. Es bestätigt sich auch, daß eine solche Potentialändemng bei 60°C größer ist als bei 25° C Die Ladungsspeicherfähigkeit wird auch durch den Korrosionseffekt des Stromabnehmers der Polarisationsclektrode beeinflußt. Der Au-Stromabnehmer des Kondensators korrodiert kaum, und daher ist der Kondensator mit dem Au-Stromabnehmer hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeit besser. Überdies wird j diese Korrosion bei einer Temperatur über der Raumtemperatur wenig beschleunigt, so daß die Ladungsspeicherfähigkeit nach der Unterbrechung der Stromzufuhr kaum beeinflußt wird. Demgemäß benötigt der Kondensator nahezu gleiche Zeiten für das Laden κι und das Entladen. Andererseits benötigt der Kondensator mit dem Stromabnehmer aus rostfreien Stahldrähten unterschiedliche Zeiten zwischen dem Laden von null auf ein vorbestimmtes Potential und dem Entladen von dem vorbestimmten Potential auf null. Diese i) schlechte Ladungsspeicherfähigkeit ergibt sich aus der elektronenbezogenen Leitung im Festelektrolyten und der durch das Sauerstoff gas verursachten elektrochemischen Reaktion.

Fig. 13 zeigt in graphischer Darstellung eine -¹D Beziehung zwischen Kapazitätswerten des Kondensators gemäß Beschreibung in F i g. 12 und Gewichtsänderungen der Polarisationselektroden. Die Kapazitätsänderungen sind aus Änderungen der Polarisationselektrodenpotentiale gegenüber der jeweiligen Bezugselektrode berechnet worden, wobei ein konstanter Stromfluß in der Vorrichtung aufrechterhalten wurde. Die mit /'bezeichnete Kapazitätsänderungskennlinie gehört zu dem Kondensator, der die Polarisationselektrode mit dem Au-Stromabnehmer aufweist, während die mil K' »ι bezeichnete Kapazitätsänderungskennlinie zu dem Kondensator gehört, der die Polarisationselektrode mit dem Stromabnehmer aus rostfreien Stahldrähten aufweist.

Wie zuvor in Zusammenhang mit F i g. 12 beschrieben

τ. worden ist, hat man beobachtet, daß der Kondensator mit der Kennlinie K'eine höhere Kapazität aufweist als der Kondensator mit der Kennlinie /' und zwar aufgrund der Korrosion des Stromabnehmers der Polarisationse'.ektrode, wenn beide Polarisationselek-

■i' troden gleiches Gewicht aufweisen.

Gemäß Fig. 13 stehen die Kapazität und das Gewicht der Polarisationselektrode in linearer Beziehung zueinander, wie es durch die vom Nullpunkt ausgehenden Linien dargestellt ist. Demgemäß kann j man die Kapazität des beanspruchten Kondensators durch Steuerung des Gewichtes der Polarisationselektrode ändern.

Fig. 14 zeigt in graphischer Darstellung eine Beziehung zwischen dem Entladungswirkungsgrad in % :o und den Lade/Entladezyklen des in Zusammenhang mit Fig. 12 erläuterten Kondensators. Der Entladungswirkungsgrad ist definiert als ein Verhältnis, das man durch Dividieren einer Entladungskapazität durch eine Ladungskapazität für denselben Spannungsbereich erhält ϊ5 Ein Konstantstromfluß von 10 mA wird innerhalb eines Arbeitsspannungsbereichs zwischen 0—5OmV auf den Kondensator gegeben, wodurch man mit /" und K" bezeichnete Kurven erhält Die Kurve /" gehört zum Kondensator, der die Polarisationselektrode mit dem Au-Stromabnehmer aufweist während die Kurve K" zum Kondensator gehört der die Polarisationselektrode mit dem Stromabnehmer aus rostfreien Stahldrähten aufweist Die Kondensatoren werden geladen, bis sie ein Ausgangspotential von 50 mV zwischen der Polarisae5 tionselektrode und der Bezugselektrode hervorbringen, und werden unmittelbar danach mit einem Entladestrom desselben Wertes bis auf 0 mV entladen. Eine Folge aus einem Ladungs- und einem Entladungsvor-

gang wird vorliegend für die Messung der Kurven )" und K" als ein Zyklus definiert Der Entladungswirkungsgrad ändert sich bei dem Kondensator mit der Kurve /" kaum, wäh: jnd er bei dem Kondensator mit der Kurve ^"beträchtlich herabgesetzt ist

F i g. 15 zeigt in graphischer Darstellung Potentialänderungen der Polarisationselektrode gegenüber der Bezugselektrode, und zwar in Abhängigkeit von Lade- und Entladezeiten des Kondensators mit der Kurve / in Fig. 12. Parameter in Fig. 15 s>nd Stromflüsse unterschiedlicher Werte, die auf den Kondensator innerhalb eines Arbeitsspannungsbereichs zwischen 0—50 mV gegeben werden. Nach rechts ansteigende Kurven (Kurven positiver Steigung) erhält man durch Laden des Kondensators bis auf ein Ausgangspotential von 50 mV zwischen der Polarisationselektrode und der Bezugselektrode, worauf eine unmittelbare Entladung mit dem gleichen jeweiligen Stromwert bis auf 0 mV folgt. Das Ausgangspotential (d. h. das Polarisationselektrodenpotential gegenüber dem BezugselektrodenpotentiaJ) ändert sich linear mit der Stromflußzeit. Der beanspruchte Kondensator kann für Zeitgeber- bzw. Zeitsteuereinrichtungen angewendet werden, da die Lade- und Entladezeiten durch Ändern des Wertes des zugeführten Stroms steuerbar sind.

Man kann also einen Kondensator erhalten, der hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeit für eine lange Zeitdauer besser ist, wenn Au für den Stromabnehmer der Polarisationselektrode verwendet wird. Ein solcher Kondensator ist auch hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeit bei einer höheren als der Raumtemperatur besser, und daher weist er einen hohen Entladungswirkungsgrad auf und ist in einem weiten Betriebstemperaturbereich verwendbar. Es ist natürlich möglich und besser, Au anstelle von rostfreiem Stahl für die Stromabnehmer der Gegenelektrode und der Bezugselektrode zu verwenden. Andere Edelmetalle, wie Pd und Pt, führen zu einer ähnlichen Wirkung wie im Fall von Au.

ι ο Der beanspruchte Kondensator wird nachfolgend mit einem herkömmlichen Kondensator verglichen. Im folgenden sind Vergleichsergebnisse beschrieben. Die Kondensatoren haben einen Durchmesser von 10 mm und eine Höhe von 8 mm. Die Polarisationselektrode

is wiegt jeweils 0,1 g, und die Gegen- und die Bezugselektroden wiegen jeweils 0,2 g. Wenn die Kondensatoren mit einem Aufbau gemäß F i g. 7 hergestellt werden, braucht man die Bezugselektrode nicht herzustellen. Der Festelektrolyt wiegt 0,2 g.

Λ) F i g. 16(a) bis 16{e) zeigen in graphischer Darstellung die Potentialverringerung der Polarisationselektroden von Kondensatoren mit dem Aufbau nach F i g. 3 und mit Festelektrclyten 1, Γ und III nach Fi g. 2. Nachdem die Kondensatoren bei verschiedenen Temperaturen aufgeladen worden sind, bis das Polarisationselektrodenpotential 70 mV gegenüber der Bezugselektrode erreicht hat, ist die Potentialverringerung in Abhängigkeit von der Zeit nach der Beendigung der Stromzufuhr gemessen worden.

Tabelle 1

herkömmlicher Kondensator beanspruchter Kondensator

Aufbau (PE/SE/Si!)	^Ag:Api
Kapazität (μΑΙι) (F)	1 0,03
Spannungsbereich (mV)	0-120
Eingangsstrom (raA) (max.)	10
Betriebstemperatur bereich ( C)	-20-(
Ladungsspeicher fähigkeit	kein I

Cu_AS/Rb,Cu₈.I.,Cl₇/_c ^c>^

1000
50

0-70
10

-10-70

kein Unterschied zwischen beiden Kondensatoren

Abmessungen (mm)

PE: Polarisationsclektrode.
CE: Gegenelektrode.
SE: Festelcktrolyt.
RE: Bezugselektrode.

100X8 11,6 0X6

Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden ist, sind die Festelektrolyten !, Γ und III Rb-iCuibJ/Cln, das aus CuBr und Methyltriäthylendiaminbromid hergestellte Reaktanzmittel bzw. Rb4CuieJ₅Cli5. Die Potentialverringerung des beanspruchten Kondensators (mil dem Festelektrolyten III) ist extrem klein im Vergleich zu der des herkömmlichen Kondensators, bei dem der Festelektrolyt Γ verwendet wird, besonders bei einer höheren Temperatur. Da die Potentialverringerung der Polarisationselektrode durch die elektronische Leitung im Festelektrolyten verursacht wird, führt der beanspruchte Kondensator mit der

geringen Potentialverringerung zu kleinem Leckstrom. Tabelle I zeigt einen Vergleich zwischen beanspruchten Kondensatoren und Kondensatoren gemäß dem Stand der Technik. Bekanntlich weist Kupferchalcogenid im Vergleich zu Süberchalcogenid einen schmalen Bereich der Af-Werte für die homogene Phase von Cu_xS

auf. Daher weist der Cu*S verwendende beanspruchte Kondensator das Merkmal einer hohen Linearität, einer hohen Speicherfähigkeit und einer großen Kapazität auf, obwohl der Potentialänderungsbereich für ein so hochwertiges Verhalten auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt ist

Tabelle II	beanspruchter Kondensator	spielsweise als	herkömmlicher Kondensator
	12,5 0 x 11,5		6,3 0 X 11,5
Abmessungen (mm)	5,4	6,3
Gleichstrom Durchbruch	1,9 x IO-' 1,38 X 10 '	I x I0"⁴ 0,28 XlO"³
Kapazität (F) (F/cnr¹)	2,01	5,54 X 10 -¹
Energiedichte (J/cm')	5,0 4,76 X 10 ^h	9,3 1,47 X 10 ²
Leckstrom (μΑ) (A/F · V)	3,0	100
Wechselstrom Kapazität (μΡ)	1.980	3
äquivalenter Serienwiderstand (U)	4,5	0,2
tan δ
I zeigt einen Vergleich zwischen beanspruch

ten Kondensatoren und Kondensatoren gertiäß dem Stand der Technik. Verglichen sind ein Kondensator mit dem Aufbau nach F i g. 7 (mit neun Einheitszellen) und ein Aluminiumelektrolytkondensator, der ausgewählt worden ist aus Kondensatoren, die für eine Zeitgebereinrichtung benutzt werden. Ein solcher Aluminiumelektrolytkondensator ist für diesen Vergleich zu bevorzugen, da er im Kreise der herkömmlichen Kondensatoren einen kleinen Leckstrom aufweist.

Tabelle II zeigt, daß der beanspruchte Kondensator nicht notwendigerweise zur Verwendung für Wechselstromschaltungsvorrichtungen vorteilhaft ist, daß er jedoch besondere Merkmale für Gleichstromschaltungsvorrichtungen besitzt, da er eine große Kapazität, eine hohe Energiedich'e und einen niedrigen Leckstrom aufweist. Daher kann der beanspruchte Kondensator für Anwendungsbereiche angewendet werden, wie bei-

Stromversorgungsvorrichtung als Reservestromquelle für RAM-Vorrichtungen,
Zeitsteuer- bzw. Zeitgebervorrichtung für eine Zeitkonstantenschaltung und
III) Energiequelle anstelle einer Batterie, die man bisher zum Betreiben von Geräten benutzt hat, die eine geringe Menge elektrischer Energie benötigen.

Man kann folgendermaßen zusammenfassen: Der beanspruchte Doppelschicht-Kondensator mit Festelektrolyt kann aus Materialien hergestellt werden, die im Vergleich zu denen herkömmlicher Doppelschicht-Kondensatoren billig sind, wobei er einen geringen Leckstrom aufweist, eine große Ladungsmenge speichern kann und hinsichtlich der Ladungsspeicherfähigkeit überlegen ist.

Hierzu 1 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Doppelschicht-Kondensator mit einer Polarisationselektrode, einer Gegenelektrode, wobei zusatzlieh eine Bezugselektrode vorgesehen sein kann, und einem Festelektrolyten, der zumindest zwischen der Polarisationselektrode und der Gegenelektrode angeordnet ist, wobei die Polarisationselektrode und die Gegenelektrode eine Mischung aus Kupfersulfid und dem Festelektrolyten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Festelektrolyt (3,3'; 16) CuCI enthält, bei dem '/s der Cu⁺ Ionen durch Rb⁺-Ionen und ¹A bis '/3 der Cl--Ionen durch J--Ionen ersetzt sind.

2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationselektrode (4) außerdem Aktivkohlepulver enthält.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (1) außerdem Kupferpulver enthält.

4. Kondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Polarisationselektrode (4; 17) und der Gegenelektrode (1; 14) je ein Stromabnehmer (5, 2; 18, 15) verbunden ist, wobei die Stromabnehmer (5, 2; 18, 15) aus einem Edelmetall hergestellt sind, das aus der Gruppe Platin, Palladium und Gold ausgewählt ist.

5. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferpulver und das Kupfersulfid ein Gemisch mit einem Anteil von 60 bis 80 Gewichtsprozent Kupferpulver und von 40 bis 20 Gewichtsprozent Kupfersulfid bilden.