DE755147C

DE755147C - Elektrolyt fuer elektrolytische Kondensatoren

Info

Publication number: DE755147C
Application number: DEH146465D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1935-02-02
Filing date: 1936-02-04
Publication date: 1953-02-16

Description

Elektrolyt für elektrolytische Kondensatoren Durch die Erfindung wird ein Elektrolyt für elektrolytische Kondensatoren vorgeschlagen, die eine verhältnismäßig hohe Kapazitätsausbeute, geringe Verluste und eine besondere Brauchbarkeit bei Tieftemperaturen besitzen. Der Elektrolyt gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus Ammoniumacetat und Ammoniumborat. Vorzugsweise werden geeignete Gewichtsteile einer organischen Säure und einer anderen Säure mit Ammoniakgas so lange behandelt, bis die Reaktion des Elektrolyts annähernd neutral ist bzw. einen pII-Wert von etwa 6,8 bis 7 aufweist. Die Elektrolytmischung wird während der Behandlung derart gekühlt, daß sie eine Temperatur von etwa i2ö° C nicht überschreitet. Bei Abkühlung verhindern die Salze des Elektrolyts gegenseitig eine Kristallisation. Sie sind bei Raumtemperatur fest, jedoch in Verbindung miteinander dickflüssig bzw. halbflüssig.
Es sind bereits Elektrolyte bekannt, die u. a. Ammoniumborat enthalten. Hiermit hergestellte Elektrolytkondensatoren weisen gegenüber einem Elektrolyt nach der Erfindung eine weniger als 75°/aige Kapazitätsausbeute und ein Vielfaches der Verluste auf, während sie bei Tieftemperaturen bereits unter minus 3'° C in der Kapazität noch stärker abfallen und sogar unzulässig hohe Verluste zeigen. Demgegenüber haben Kondensatoren mit einem Elektrolyt gemäß der Erfindung z. B. bei -35° C einen Verlustfaktor von nur 3,90/0 und einen Kapazitätsabfall von nur etwa 16 %.
Ferner sind für Elektrolytkondensatoren Elektrolyte bekannt, die Kaliumacetat enthalten. Abgesehen davon, daß solche Elektrolyte im Gegensatz zu denen gemäß der Erfindung nicht flüssig sind und daher nur aufgestrichen werden können, ermöglichen sie nur eine geringere Betriebsspannung der mit ihnen hergestellten Kondensatorep, während die Verluste insbesondere bei Raumtemperatur höher liegen als bei den erfindungsgemäßen Elektrolytkondensatoren.
Ein vorteilhafter Elektrolyt, der im wesentlichen aus einem Acetat und Borat des Ammoniums besteht, kann folgende Zusammensetzung besitzen: i Teil Borsäure wird in 1,77 Teile Eisessig gegeben und in die Mischung Ammoniakgas geleitet. Die Einführung des Ammoniakgases in das Säuregemisch verursacht eine heftige Reaktion unter Temperatursteigerung. i'N#otwendigenfalls wird dann die Mischung abgekühlt. Es bilden sich bei der- Reaktion Ammoniumborat und Ammoniumacetat. Diese Reaktion wird unterbrochen, wenn ein pH-Wert von etwa 6,8 bis 7 erreicht ist. Die erzielte Mischung stellt eine dünne, trübe Lösung bei ioo° C und eine pastenartige Masse bei Raumtemperatur dar. In Abhängigkeit von dem genauen pH-Wert, bei welchem die Reaktion unterbrochen wird, scheidet sich beim Stehen eine dünne Flüssigkeit ab. Diese kann vollständig herausgebracht werden, und eine nicht absetzende kremartige Masse kann durch Reaktion zwischen der Säuremischung und dem Ammoniak bei einer pH-Zahl von 7 hergestellt werden, um eine vollständige Neutralisation zu erhalten.
Es ist auch möglich, die elektrolytische Mischung auf andere Weise zu erhalten. Beispielsweise können Essigsäure und Borsäure getrennt mit Ammoniak verbunden und die Endprodukte miteinander gemischt werden. Es kann auch Wasser zu der Essigsäure hinzugegeben und dadurch die chemische Zusammensetzung der Säure mit dem gasförmigen Ammoniak gefördert werden. Es ist auch möglich, wäßriges Ammoniumhydroxyd an Stelle von gasförmigem Ammoniak in Reaktion mit den Säuren zu verwenden. Wenn in diesem Fall im Endprodukt Wasser vorhanden ist, kann dieses dann entfernt werden.
Die Mischung von. Ammoniumacetat und Ammoniumborat soll vorteilhaft unter Erhitzung während 6 Stunden bei etwa ioo° C in einem flachen Aluminiumkessel weniger als 5% Verdampfungsverluste aufweisen. Sie soll dabei keine Neigung zum Kriechen über die Seitenwände des Aluminiumkessels zeigen. Andere wesentliche Merkmale des Elektrolyts sind folgende: Normaler Widerstand bei 9o° C und iooo Perioden =2o bis 35 Ohm/cm3; spezifisches Gewicht bei 25 bis 15,5°C= 1,3; Viskosität bei 10o° C=37 cSt; Viskosität bei 25° C=io3o cSt; Brechungsindex bei 4o" C =1,437-Während der Widerstandswert als besonderes Merkmal der Zusammensetzung angegeben wird, können Änderungen in den entsprechendenMengen von freier Essigsäure, Ammoniumborat und Ammoniumacetat, die durch verschiedene pH-Werte dargestellt sind, keine entscheidenden Änderungen des Widerstandes des Elektrolyts bewirken. Widerstandswerte in der angegebenen Größenordnung erhält man bei Einhaltung von pH Werten zwischen .I,5 bis 7,2.
Obgleich das Verhältnis der Mengen voll Borsäure zu Essigsäure vor der Neutralisation mit Ammoniak von i : 1 :3,:2 verändert werden kann, bleibt der Widerstand im wesentlichen gleich und bewegt sich zwischen Werten von 2o bis 35 Ohm/cm3 bei 9o-- C. Hierdurch erhält man eine brauchbare elektrolytische Mischung, die in ihrer Konsistenz zwischen einer dünnen Paste und einer dicken plastischen Masse veränderlich sein kann. Für bestimmte Typen von Elektrolytkondensatoren ist die dicke plastische Masse vorzuziehen.
Die Kondensatoren werden durch Eintauchen in die Elektrolytmischung während einer geeigneten Zeit und bei passender Temperatur imprägniert. Für die mehr viskosen Elektrolytmischungen werden Temperaturen von etwa ioo° C angewandt, während eine Behandlung von 3 Stunden normalerweise genügt, obgleich die Zeitangabe keineswegs kritisch zu werten ist. Nach der Imprägnierung werden die Kondensatoren vorzugsweise einer Trocknungsbehandlung unterworfen durch Anlegen einer Spannung. Diese Behandlung verringert den Leistungsfaktor auf unter 60/0, während dieser nach der vollendeten Imprägnierung nahezu io% betragen kann. Die während der Trocknungsbehandlung angelegte Spannung kann gleich oder ein wenig höher als die Betriebsspannung sein. Die Trocknung dauert wenigstens etwa i Stunde. Bei Kondensatoren für Betriebswechselspannung wird die Spannungsbehandlung vorzugsweise intermittierend zwischen etwa 2 bis 8 Sek. angewandt.
Die imprägnierten Kondensatoren können bei Raumtemperaturen oder auch bei höheren Temperaturen gelagert werden, ohne daß sie ihre anfänglich günstigen elektrischen Werte verlieren. Solche Kondensatoren «-eisen einen Leistungsfaktor von weniger als 6% bei Raumtemperatur auf und eine Kapazität, die im Durchschnitt etwa i @4F/5o cm= aktiver Folienoberfläche beträgt. Werte desLeistungsfaktors von weniger als 3 % können ebenfalls leicht erzielt werden. Die folgenden Werte des Leistungsfaktors und der Kapazität in Abhängigkeit von den Temperaturen wurden bei Kondensatoren mit dem gekennzeichneten Elektrolyt gemäß der Erfindung gemessen:

Temperatur Leistungs- Kapazität

°C I faktor in 0/0 1 in uF

75 5,3 94,5

25 4,3 88,9

0 4,2 86,1

-35 3,9 75,1

Diese Kondensatoren gemäß der Erfindung sind auch sehr geeignet für Gleichstromnetze. Der Fehlerstrom des Kondensators ist hier von gleicher Wichtigkeit wie der Leistungsfaktor bei Wechselstrom. Solche Kondensatoren, die mit einer Mischung von Ammoniumacetat imprägniert sind, besitzen folgende charakteristischen Werte, wobei eine Prüfspannung von 5o Volt Gleichstrom und eine diesem überlagerte Wechselspannung von 5 Volt bei 25° C angelegt ist: Kapazität in,u F. .... .. .. ... Io Leistungsfaktor ............ .1.0/a Fehlerstrom in Milliampere . o,03 aktive Folienfläche in cm2/yF I,8 Nach ungefähr 300 Stunden Gleichstrombehandlung bei 6o° weisen die Kondensatoren folgende Werte auf: Kapazität in ,uF . . . . . . . . . . . . Leistungsfaktor ............ 4% Fehlerstrom in Milliampere o Obgleich aus vorstehenden Beispielen hervorgeht, daß die Kondensatoren gemäß der. Erfindung vorzugsweise für niedrige Spannungen eines Gleichstroms geeignet sind, können diese jedoch in gleicher Weise auch an Gleichstromkreise von etwa 25o Volt gelegt werden. Solche für 25o Volt ausgelegte Kondensatoren gemäß der Erfindung besitzen einen Leistungsfaktor von weniger als 5 °/a, einen Fehlerstrom von etwa 0,007 Milli-*ampere/,uF bei 25° C und bei einer Prüfspannung von 250 Volt Gleichstrom, der 2:5 Volt Wechselspannung überlagert sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Elektrolyt für elektrolytische Kondensatoren, insbesondere für tiefe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im wesentlichen aus Ammoniumacetat und Ammoniumborat besteht.
2. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyts gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete Gewichtsteile einer organischen Säure und einer anderen Säure mit Ammoniakgas einzeln oder in Mischung behandelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Salzgemischs mit Ammoniakgas so lange erfolgt, bis die Reaktion des Elektrolyts annähernd neutral ist bzw. einen p$ Wert von etwa 6,8 bis 7 aufweist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytmischung während der Behandlung derart gekühlt wird, daß sie eine Temperatur von etwa I2o° C. nicht überschreitet. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 416 9o9, 484 477, 23I 3322; USA.-Patentschriften Nr. I 935 86o, 1 998 202, 1 850 352, 1 658 976, 1 730 725, 1 815 768, 1 916 586; französische Patentschrift N r. 735 722.