DE767824C

DE767824C - Elektrolyt, insbesondere fuer elektrolytische Kondensatoren

Info

Publication number: DE767824C
Application number: DES140343D
Authority: DE
Inventors: Werner Dr-Ing Herrmann; Ludwig Dipl-Ing Linder; Anneliese Dr Phil Wolter
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1940-03-03
Filing date: 1940-03-03
Publication date: 1953-10-26

Description

Elektrolyt, insbesondere für elektrolytische Kondensatoren Es ist bekannt, als Elektrolyt für elektrolytische Kondensatoren esterartige Produkte zu verwenden, welche im allgemeinen aus Borsäure und/oder borsauren Salzen, insbesondere Ammoniumborat und einem mehrwertigen Alkohol, wie Glycerin oder Äthylenglykol, hergestellt worden sind.
Weiterhin ist es bereits vorgeschrieben worden, als Elektrolyt Derivate mehrwertiger Alkohole und schwacher Säuren zu verwenden, welche ohne wesentliche Wärmezufuhr sich zu esterartigen Verbindungen umsetzen.
Vorzugsweise werden die bekannten Elektrolyte jedoch dadurch hergestellt, daß man ein Ansatzgemisch von Borsäure, Glycerin und Ammoniakwasser einem Kochprozeß unterwirft. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch den Kochprozeß eine Steigerung der maximalen Funkenspannung erreicht werden kann. Erfahningsgemäß ist die maximale Funkenspannung des Elektrolyts um so höher, je höher die Kochtemperatur ist, bis zu welcher das Ansatzgemisch gekocht wurde.
Nun hat sich aber gezeigt, daß die Leitfähigkeit des Elektrolyts sich um so mehr verschlechtert, je höher der Kochpunkt gewählt wird. Die Verschlechterung der Leitfähigkeit liegt im wesentlichen darin, daß die Elektrolyte durch die angewendeten Temperaturen, z. B. bis 14o° G, eingedickt werden. Beim Kochen des Ansatzgemisches- verdampft nämlich zunächst das im Ansatz vorhandene freie Wasser. Nachdem dies bis etwa 115' C verhältnismäßig schnell ausgetrieben ist, wird beim Erhöhen der Kochtemperatur noch Reaktionswasser aus den Ausgangsbestandteilen entsprechend dem jeweiligen Kochpunkt abgespalten und ausgetrieben. Die Dickflüssigkeit nimmt also ständig zu, wodurch die Leitfähigkeit verschlechtert wird.
Um die Leitfähigkeit solcher Elektrolyte zu verbessern, ist bereits vorgeschlagen worden, einem bis zu einem bestimmten Kochpunkt, z. B. 130' C, gekochten Elektrolyt neutrale Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, zuzusetzen, um die Leitfähigkeit eines solchen Elektrolyts zu verbessern.
Es hat sich nun gezeigt, daß durch den Zusatz von bekannten Lösungsmitteln, also z. B. von 'Wasser, trotz der Verbesserung der Leitfähigkeit ein Absinken des Wertes der Funkenspannung auftritt, wahrscheinlich infolge V erseifung des gebildeten Esters.
Es sei erwähnt, daß bereits ein elektrolytischer Kondensator bekanntgeworden ist, bei welchem man dem Elektrolyt inerte Substanzen, wie Bentomit, zum Vergrößern seiner Viskosität zusetzt. Bei solchen Kondensatoren hat man bereits versucht, zwecks Erhöhung der Leitfähigkeit feinverteiltes leitendes Material, wie z. B. Graphit, zuzugeben. Damit stieg aber auch andererseits die Viskosität des Elektrolyts weiter an, so daß die innere Reibung des Elektrolyts trotz des leitenden Materials unzulässig groß wurde.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Leitfähigkeit solcher Elektrolyte zu erhöhen, ohne aber den Wert der Funkenspannung herabzusetzen.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß den esterartigen Verbindungen Ketone zugesetzt «erden, die einen Siedepunkt von mindestens 8o' C besitzen.
Es ist zwar schon vorgeschlagen «-orden, einem Elektrolyt Lösungsmittel zuzusetzen, die keine OH-Gruppen besitzen, und zwar Lösungsmittel in Form von Azetonen. Bei diesen Azetonen handelt es sich aber um ein OH-Gruppen-freies Keton, welches einen Siedepunkt von 56J besitzt. Der Nachteil eines solchen Lösungsmittels besteht aber darin, daß dasselbe bei den Betriebstemperaturen des Kondensators infolge seines geringen Siedepunktes leicht verdampft.
Nun setzt im allgemeinen jedes genügend dünnflüssige Lösungsmittel die Leitfähigkeit eines Elektrolyts herauf, insbesondere durch Verringerung der inneren Reibung. Nimmt man nun Lösungsmittel mit freien 0 H-Gruppen, so sinkt jedoch die Funkenspannung leicht dadurch ab, daß die OH-Gruppen durch den elektrischen Strom oxydiert werden. Lösungsmittel mit OH-Gruppen, z. B. Wasser oder Alkohole, «-elche bisher zum Verdünnen des Elektrolyts benutzt «-orden sind, können also leicht durch den elektrischen Strom zu Säuren oder Aldehyden oxydiert -«-erden. Diese Substanzen setzen die Funkenspannung herab.
Zur anschaulichen Grundlage zur Erklärung der Wirkungsweise des gekennzeichneten Elektrolyts wird noch darauf hingewiesen, daß bei der Beurteilung der Leitfähigkeit des Elektrolyts a) die Anzahl der dissoziierten Ionen, b) die innere Reibung (Viskosität) des Elektrolyts zu berücksichtigen sind, daß jedoch für die Funkenspannung des Elektrolytkondensators im wesentlichen nur die unter a) genannte Anzahl der dissoziierten Ionen maßgebend ist. Wird daher bei gleicher Ionenzahl nur die innere Reibung des Elektrolyts verringert, so wäre hierdurch die Erhöhung der Leitfähigkeit bei gleicher Funkenspannung zu erklären.
Als Lösungsmittel eignen sich für die gestellte Aufgabe Ketone, «-elche bekanntlich keine OH-Gruppe besitzen, und zwar solche, die einen genügend hohen Siedepunkt besitzen und mit dem Elektrolyt ein homogenes Gemisch ergeben. Es können aliphatische Ketone verwendet werden, wie insbesondere das llethyläthylenketon C H3 - CO - C. g" Siedepunkt 8o' C, oder das Acetylaceton CH;, - C 0 - C H.., - C 0 - C H3, Siedepunkt 137J C.
Weiterhin ist es möglich, cyclische Ketone zu verwenden. Hier eignet sich das Zyklohexanon (Anon), das einen Siedepunkt von 153 ... 156- C hat, und bei bestimmten Elektrolvten auch das Acetophenon CH, - C O - C s H;" das einen Siedepunkt von 2023 C besitzt. Häufig ergibt es sich, daß das Erreichen einer homogenen Mischung zwischen Elektrolyt und Keton Schwierigkeiten bereitet und Suspensionen bzw. Emulsionen entstehen können. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, dem Keton einen gewissen Prozentsatz eines einwertigen Alkohols zuzugeben. Dadurch tritt zwar eine geringe Erhöhung der OH-Gruppen ein, die jedoch im Verhältnis zu der anwesenden Menge der OH-Gruppen-freien Substanz keine wesentliche Rolle spielt. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere der n-Butylalkohol C.H. OH, Siedepunkt 117=' C, geeignet ist, als Zusatz zu den Ketonen verwendet zu werden, ohne auf den Gesamtelektrolyt verschlechternd einzuwirken. Vorteilhaft wird ein Gemisch von 5 ... 20 g Methyläthylketon und etwa 5 ..-. 2o g Butylalkohol, bezogen auf ioo g Elektrolyt, verwendet. Wird von einem Elektrolyt ausgegangen, der beispielsweise eine Leitfähigkeit von etwa 20 ,US und eine Funkenspannung von etwa 570 Volt besitzt, so entsteht nach Zumischen der beiden Substanzen ein Elektrolyt mit einer Leitfähigkeit von etwa =ooßS und einer Funkenspannung von etwa 56o Volt.
An Stelle des Butylalkohols können auch andere Alkohole, wie entweder höhere Homologe des Butylalkohols, z. B. Hexylalkohol CH" OH Kochpunkt: 158'C, Heptylalkohol C7 Hh O H Kochpunkt: i76' C -oder cyclische Alkohole, wie Zvklohexanol verwendet werden. Die Menge des Alkohols wird auch hier so klein wie nur möglich gehalten und zweckmäßigerweise so vorgegangen, daß einem Gemisch des Elektrolyt mit dem Keton so lange Alkohol zugegeben wird, bis eine homogene Masse entstanden ist. Die Alkohole dienen gewissermaßen als Lösungsvermittler für die Lösung des Ketons in dem Elektrolyt.
Zur besseren Erreichung einer Mischung ist es weiterhin vorteilhaft, das Gemisch aus fertigem Elektrolyt und Lösungsmittel zu erhitzen, zweckmäßig auf eine Temperatur von etwa 5o bis 6o° C. Gleichzeitig wird das Gemisch mechanisch gut durchgerührt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrolyt, insbesondere für elektrolytische Kondensatoren, hergestellt aus esterartigen Verbindungen zwischen einem mehrwertigen Alkohol, wie Glycerin oder Glykol, und einer schwachen Säure, wie Borsäure, dem Lösungsmittel zugesetzt sind, die keine OH-Gruppen besitzen, und zwar in Form von Ketonen, gekennzeichnet durch die Verwendung von Ketonen mit einem Siedepunkt von mindestens 8o° C.
2. Elektrolyt nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung von Methyläthylketon mit einem Siedepunkt von 8o' C oder von Acetylaceton mit einem Siedepunkt von 137° C.
3. Elektrolyt nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Keton ein einwertiger Alkohol, vorzugsweise Butylalkohol in solcher Menge zugesetzt ist, daß aus dem Gemisch des Elektrolyts und mit dem verwendeten Keton eine homogene Masse entstanden ist.
4. Elektrolyt nach Anspruch i oder fol-' genden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyt ein Gemisch, bestehend aus Methyläthylketon und Butylalkohol, zugesetzt wird, vorteilhaft ein Gemisch von 5 ... 209 Methyläthylketon und 5 ... 2o g Butylalkohol, bezogen auf ioo g Elektrolyt.
5. Elektrolyt nach Anspruch -3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Butylalkohols andere Alkohole, wie aliphatische Alkohole, z. B. Hexylalkohol oder Heptylalkohol, oder cyclische Alkohole, z. B. Zyklohexanol, verwendet werden.
6. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus fertigem Elektrolyt und Lösungsmittel, z. B. einem Keton, zwecks Erreichung einer guten Mischung erhitzt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa # 5o bis 6o° C, wobei gegebenenfalls noch ein mechanisches Durchrühren angewendet wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 651665, 679 013, 695 398 britische Patentschriften Nr. 504280, q.87102; USA.-Patentschriften Nr. 1815 768, 1986 779, 1992 545, 1998 202, 2 036 669, 2 104 733.