DE3819850A1 - Aluminium-elektrolytkondensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aluminium-Elektrolytkondensator, der aus aufgewickelten Lagen von zumindest zwei Aluminiumfolien besteht, von denen die als Anode dienende Folie mit einer als Dielektrikum wirkenden Oxidschicht versehen ist, wobei diese Anodenfolie gegebenenfalls durch Abtrennen aus einer größeren, formierten Folienbahn hergestellt ist, bei dem zwischen Anoden- und Kathodenfolie mit einem Betriebselektrolyt getränkte Ab­ standshalter angeordnet sind, bei dem die Aluminiumfolien mit angenieteten und/oder angeschweißten Stromzuführungsanschluß­ elementen kontaktiert sind und bei dem der Betriebselektrolyt feinkörnige Kieselsäure enthält.

Ein derartiger Kondensator ist in der älteren, nicht vorveröf­ fentlichten DE-Patentanmeldung P 38 03 768.8 vorgeschlagen wor­ den. Dort wird feinkörniges, elektrolytverträgliches Material, z.B. Kieselsäure, Kieselgur, Hydrargillit, Zellulosefasern, dem Betriebselektrolyt vor dem Imprägnieren des Kondensators zuge­ mischt und anschließend der Kondensator mit dieser Mischung im­ prägniert.

Durch das vorgeschlagene Verfahren soll erreicht werden, daß die Funkenspannung des Betriebselektrolyts erhöht wird, so daß der Elektrolytkondensator für höhere Nennspannungen einsetzbar ist. Gleichzeitig ist beabsichtigt, daß die elektrische Leit­ fähigkeit des Betriebselektrolyts nicht wesentlich verringert wird.

Die geschilderten Wirkungen werden damit erklärt, daß beim Im­ prägnieren das feinkörnige Material an den Schwachstellen (Schnittkanten, Anschlußstreifen) des Elektrolytkondensators hängenbleibt und hier ein Elektrolytgemisch mit höherer Span­ nungsfestigkeit bildet. Die Funkenspannung des Betriebselektro­ lyts bzw. dessen Leitfähigkeit soll somit nur an den Schwach­ stellen, d.h. an den Flächen, die nicht mit einer Vorformier­ schicht versehen sind, herauf- bzw. herabgesetzt sein, wobei das feinkörnige Material den Wirkungsquerschnitt des Elektro­ lyts herabsetzt, was gleichbedeutend mit niedrigerer Leitfähig­ keit und damit verbunden höherer Funkenspannung ist.

Demzufolge können entweder bekannte Betriebselektrolyte in Kon­ densatoren mit höheren Nennspannungen verwendet werden, bzw. können bei Kondensatoren bei gleichbleibender Nennspannung höher leitende Betriebselektrolyte verwendet werden, ohne daß nachtei­ lige Folgen zu befürchten sind.

Über die Beschaffenheit des feinkörnigen Materials ist in der älteren DE-Patentanmeldung nichts ausgesagt.

Es besteht deshalb die Gefahr, daß beim Imprägnieren des Konden­ sators das feinkörnige Material bei unzweckmäßiger Beschaffen­ heit bereits an den Stirnseiten des Kondensatorwickels ausgefil­ tert wird und nicht ins Innere des Kondensators gelangt, so daß die dort eventuell vorhandenen Schwachstellen nicht ausreichend abgesichert sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Aluminium-Elektrolyt­ kondensator der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die feinkörnige Kieselsäure derart beschaffen ist, daß ein ordnungs­ gemäßes Imprägnieren des Elektrolytkondensators gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Be­ triebselektrolyt hochreine, hochdisperse und feindispergierte Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 50 bis ca. 300 m²/g und einer mittleren Primärteilchengröße von ca. 10 bis ca. 40 nm enthält.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß einerseits die Kieselsäure den Betriebselektrolyt chemisch nicht verändert und anderer­ seits infolge der feinen Dispersion beim Imprägnieren nicht an den Stirnseiten abgefiltert wird, sondern bis ins Innere des Kon­ densatorwickels gelangt. Die Kieselsäure liegt dabei als amor­ phes Siliciumdioxid vor, das durch Knallgashydrolyse gewonnen ist und beispielsweise unter dem Handelsnamen "Aerosil" erhält­ lich ist.

Weitere Vorteile werden anhand der folgenden Ausführungsbei­ spiele erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung ist die lineare Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung U _max vom Logarithmus der rezi­ proken Leitfähigkeit log 1/c verschiedener herkömmlicher Be­ triebselektrolyte als durchgezogene Linie dargestellt. Für je­ den Elektrolyt mit bekannter Leitfähigkeit kann somit der zu erwartende Wert für die maximale Betriebsspannung U _max abge­ schätzt werden.

Durch den Zusatz von hochreiner, hochdisperser Kieselsäure werden die Funkenspannung und die maximale Betriebsspannung U _max des Betriebselektrolyts erheblich höher angehoben, als aufgrund des geringen Leitfähigkeitsverlustes zu erwarten ist. Dies ist in der Zeichnung anhand der unterbrochenen Linien dargestellt.

Wie bereits erwähnt, wird dieser Effekt darauf zurückgeführt, daß sich beim Imprägnieren ein großer Anteil der Kieselsäure an den Folienschnittkanten und den Anschlußelementen absetzt und dort lokal die Spannungsfestigkeit erhöht.

Durch den Einsatz geeigneter Dispergier-Geräte kann die Kiesel­ säure so fein dispergiert werden, daß der Elektrolyt in fast ungefilterter Form in den Wickel eindringt und auch mit höherem Kieselsäureanteil imprägnierbar ist. Bei Einsatz von Kiesel­ säure mit geringerer spezifischer Oberfläche im Bereich des un­ teren Grenzwertes, d.h. bei ca. 50 m²/g läßt sich die Dis­ pergierbarkeit weiter steigern, da diese Kieselsäure eine geringere Verdickungswirkung aufweist.

Der Betriebselektrolyt mit hochdispersem, amorphem Siliciumdi­ oxid zeichnet sich nicht nur durch eine höhere Funkenspannung, sondern in einigen Fällen auch durch einen geringeren Rest­ strom der damit imprägnierten Elektrolytkondensatoren aus.

Durch die Verdickungswirkung des hochdispersen Siliciumdioxids wird die Viskosität des Betriebselektrolyts besonders bei hohen Betriebstemperaturen stark erhöht. Damit wird der Einfluß der Schwerkraft und von Beschleunigungskräften auf die Stabilität des Betriebselektrolyt-Abstandshalters (Separator-Systems) ver­ mindert. Die Viskosität des Betriebselektrolyts ist deshalb von der Temperatur weniger abhängig als beim herkömmlichen Elektro­ lyt.

Bei einem Betriebselektrolyt, der aus 9,0 bis 11,0 Mol Ethylen­ glykol, 2,0 bis 5,0 Mol Borsäure, 0,1 bis 0,5 Mol Adipinsäure, 0,9 bis 1,5 Mol Amoniak, 0,05 bis 0,15 Mol Phosphorsäure und 4,0 bis 6,0 Mol Wasser besteht, und der in der DE-PS 26 41 931 beschrieben ist, wurden 4 Gew.-% amorphes Siliciumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche von 200 +/- 25 m²/g (gemessen nach DIN 66131) zugesetzt, wobei die mittlere Größe der Primärteilchen 12 nm betrug. Die maximale Betriebsspannung des Betriebselektrolyts wurde hierbei von 470 V auf 510 V erhöht. Die Leitfähigkeitsabnahme betrug dagegen nur 10%, woraus nach klassischer Abschätzung gemäß der Zeichnung nur eine Zunahme der Maximalspannung U _max um 4 V zu erwarten wäre.

Weiterhin wurden beim gleichen Elektrolytsystem amorphes Sili­ ciumdioxid mit einer mittleren Oberfläche von 50 +/-15 m²/g und einer mittleren Größe der Primärteilchen von 40 nm zugesetzt. Hiermit wurden Aluminium-Elektrolytkondensatoren der Nennwerte 6,8 µF/450 V imprägniert und die Restströme nach 5 Minuten Meßzeit bestimmt. Gegenüber einem Reststrom von 4,8 µA für den Betriebselektrolyt ohne Zusatz ergab sich ein Reststromwert von 1,4 µA für einen Betriebselektrolyt mit dem beschriebenen Kie­ selsäurezusatz.

Neben den in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Hochvolt- Betriebselektrolyten eignet sich der beanspruchte Zusatz von amorphem Siliciumdioxid auch für Niedervolt-Betriebselektrolyte.

Claims (1)

1. Aluminium-Elektrolytkondensator, der aus aufgewickelten Lagen von zumindest zwei Aluminiumfolien besteht, von denen die als Anode dienende Folie mit einer als Dielektrikum wirkenden Oxid­ schicht versehen ist, wobei diese Anodenfolie gegebenenfalls durch Abtrennen aus einer größeren formierten Folienbahn herge­ stellt ist, bei dem zwischen Anoden- und Kathodenfolie mit einem Betriebselektrolyt getränkte Abstandshalter angeordnet sind, bei dem die Aluminiumfolien mit angenieteten und/oder an­ geschweißten Stromzuführungsanschlußelementen kontaktiert sind und bei dem der Betriebselektrolyt feinkörnige Kieselsäure enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebselektrolyt hochreine, hochdisperse und feindisper­ gierte Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 50 bis ca. 300 m²/g und einer mittleren Primärteilchengröße von ca. 10 bis ca. 40 nm enthält.