FR2984587A1

FR2984587A1 - Condensateur a electrolyte liquide contenant une anode amelioree

Info

Publication number: FR2984587A1
Application number: FR1203438A
Authority: FR
Inventors: Tomas Karnik; Jan Petrzilek; Martin Biler
Original assignee: AVX Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp Us
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-06-21
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: JP6165441B2; JP2013131761A; DE102012223637A1; JP2017183728A; FR2984587B1; US9275799B2; GB2498066A; CN103177879B; CN103177879A; GB2498066B; US20130155580A1; GB201222270D0

Abstract

L'invention concerne un condensateur à électrolyte liquide qui comprend un corps d'anode poreux fritté contenant une couche diélectrique, un électrolyte liquide et une cathode. Au moins un canal s'étendant longitudinalement est inséré dans le corps d'anode. Le canal peut avoir un rapport d'aspect (longueur divisée par largeur) relativement élevé, tel que d'environ 2 ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 5 ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 10 à environ 200, dans certains modes de réalisation, d'environ 15 à environ 150, dans certains modes de réalisation, d'environ 20 à environ 100 et dans certains modes de réalisation, d'environ 30 à environ 60.

Description

CONDENSATEUR A ELECTROLYTE LIQUIDE CONTENANT UNE ANODE AMELIOREE Arrière-plan de l'invention Les condensateurs au tantale à électrolyte liquide sont de plus en plus utilisés dans la conception de circuits en raison de leur rendement volumétrique, de leur fiabilité et de leur compatibilité au traitement. 5 Ces condensateurs ont d'ordinaire une plus grande capacité par volume unitaire que certains autres types de condensateurs, ce qui les rend mieux adaptés aux circuits électriques à haute intensité, haute puissance et haute fréquence. En outre, la tension de bain 10 unitaire dans ce type de condensateur est généralement plus élevée en raison de la formation d'un film d'oxyde métallique diélectrique sur la surface de l'anode. Ainsi, les condensateurs au tantale à électrolyte liquide sont souvent utilisés dans des applications où 15 une haute capacité, de hautes tensions, une bonne fiabilité et une longue durée de vie en utilisation sont nécessaires, telles que des applications médicales, industrielles, de défense, aérospatiales, de forage, etc. Plus particulièrement, dans ces applications, les 20 condensateurs au tantale à électrolyte liquide sont d'ordinaire employés comme des condensateurs de filtrage/couplage pour les circuits de convertisseurs CC/CC. Un problème avec les condensateurs classiques au tantale à électrolyte liquide utilisés dans ces 25 circuits, cependant, est qu'ils requièrent généralement une très grande taille (un très grand volume) pour obtenir un haut niveau de capacité et de puissance de sortie pour le circuit de convertisseur CC/CC. En outre, les tentatives pour réduire la taille de ces condensateurs avec un niveau équivalent de performance électrique se sont avérées problématiques.

De ce fait, il existe actuellement un besoin de proposer un condensateur à électrolyte liquide qui est capable de présenter un bon rendement volumétrique, à la fois en termes de capacité et d'aptitude à aider à augmenter la puissance de sortie du circuit dans lequel il est employé. Résumé de l'invention Un mode de réalisation de la présente invention décrit un condensateur à électrolyte liquide qui comprend une anode, un électrolyte liquide et une cathode qui contient un substrat. L'anode contient un corps d'anode poreux fritté qui s'étend dans une direction longitudinale et est revêtu d'un diélectrique. Le corps d'anode contient une paroi latérale positionnée entre une extrémité proximale et 20 une extrémité distale opposée, un canal s'étendant longidudinalement étant inséré dans la paroi latérale. Un autre mode de réalisation de la présente invention décrit un condensateur à électrolyte liquide qui comprend une anode, un électrolyte liquide aqueux 25 et un boîtier métallique généralement cylindrique à l'intérieur duquel sont positionnés l'anode et l'électrolyte liquide, dans lequel un matériau électrochimiquement actif est disposé sur une surface intérieure du boîtier. L'anode contient un corps 30 d'anode poreux fritté généralement cylindrique ayant une paroi latérale positionnée entre une extrémité proximale et une extrémité distale opposée. Le corps d'anode est revêtu d'un diélectrique. Une pluralité de canaux s'étendant longitudinalement sont insérés dans la paroi latérale du corps d'anode. Le corps d'anode contient du tantale, du niobium ou un oxyde électriquement conducteur de ceux-ci. L'anode comprend en outre un fil de connexion d'anode qui s'étend à partir de l'extrémité proximale de l'anode dans la direction longitudinale.

Encore un autre mode de réalisation de la présente invention décrit un procédé de formation d'un condensateur à électrolyte liquide qui comprend la compression d'une poudre en un corps d'anode poreux qui s'étend dans une direction longitudinale, un canal 15 s'étendant longitudinalement étant inséré dans le corps d'anode ; le frittage du corps d'anode poreux ; l'oxydation anodique du corps d'anode fritté pour former une anode ; et le placement de l'anode en communication électrique avec une cathode et un 20 électrolyte liquide. D'autres caractéristiques et aspects de la présente invention sont définis dans de plus amples détails par la suite. Brève description des dessins 25 Une description complète et suffisante de la présente invention, y compris du meilleur mode de réalisation de celle-ci, destinée à l'homme du métier, est plus particulièrement exposée dans le reste de la description, avec référence aux figures jointes, sur 30 lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une anode qui peut être employée dans le condensateur à électrolyte liquide de la présente invention ; la figure figure 1 ; la figure figure 1 ; la figure réalisation de le condensateur à électrolyte liquide de la présente invention ; la figure 5 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du condensateur à électrolyte liquide de 15 la présente invention, qui emploie l'anode représentée sur les figures 1 à 3 ; et la figure 6 est une vue de côté d'encore un autre mode de réalisation d'une anode qui peut être employée dans le condensateur à électrolyte liquide de la 20 présente invention. L'utilisation répétée de caractères de référence dans la description et les dessins est censée représenter les mêmes caractéristiques ou éléments ou des caractéristiques ou éléments analogues de la 25 présente invention. Description détaillée de modes de réalisation représentatifs Il doit être entendu par l'homme du métier que la présente analyse est une description d'exemples de 30 modes de réalisation uniquement et n'est pas censée la 2 est une vue de côté de l'anode de la 3 est une vue de dessus de l'anode de 4 est une vue de dessus d'un autre mode d'une anode qui peut être employée dans limiter les aspects les plus larges de la présente invention. En règle générale, la présente invention concerne un condensateur à électrolyte liquide qui comprend un corps d'anode poreux fritté contenant une couche diélectrique, un électrolyte liquide et une cathode. Au moins un canal s'étendant longitudinalement est inséré dans le corps d'anode. Le canal peut avoir un rapport d'aspect (longueur divisée par largeur) relativement élevé, tel que d'environ 2 ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 5 ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 10 à environ 200, dans certains modes de réalisation, d'environ 15 à environ 150, dans certains modes de réalisation, d'environ 20 à environ 100 et dans certains modes de réalisation, d'environ 30 à environ 60. Ces canaux peuvent augmenter de manière significative la surface externe de l'anode, ce qui peut améliorer le degré auquel l'anode peut dissiper la chaleur. En raison de sa capacité de dissipation thermique, le condensateur résultant peut présenter un courant ondulé maximum plus élevé (à savoir, un courant requis pour augmenter la température du condensateur de 10°C à une fréquence de 40 kHz) que celui rencontré précédemment avec les condensateurs à électrolyte liquide classiques. Par exemple, le courant ondulé maximum peut être d'environ 2,5 Amps ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 3,0 Amps ou plus, et dans certains modes de réalisation, d'environ 3,2 Amps à environ 5,0 Amps. Entre autres 30 choses, il peut augmenter la puissance de sortie d'un convertisseur CC/CC dans lequel il est employé, ou il peut réduire en outre la taille/le poids du condensateur requis pour obtenir une certaine puissance de sortie prédéfinie. La surface disponible accrue de l'anode peut 5 également augmenter la probabilité pour que l'électrolyte d'anodisation passe dans les pores du corps d'anode pendant une oxydation anodique. En raison en partie de cette efficacité de pénétration accrue ; les présents inventeurs ont découvert que des poudres 10 ayant une charge spécifique plus élevée, et de ce fait, des pores plus petits formés entre les particules, peuvent être anodisées de façon efficace. Ceci permet d'obtenir des valeurs de capacité plus élevées dans un conditionnement de la même taille. Le rendement 15 volumétrique peut, par exemple, aller d'environ 10 000 PF*V/cm3 à environ 150 000 pF*V/cm3, dans certains modes de réalisation, d'environ 15 000 pF*V/cm3 à environ 100 000 pF*V/cm3 et dans certains modes de réalisation, d'environ 20 20 000 pF*V/cm3 à environ 95 000 pF*V/cm3. Le rendement volumétrique est déterminé en multipliant la tension nominale d'un élément par sa capacité, et puis en divisant le produit par le volume de l'élément. Par exemple, une tension nominale peut être de 50 volts 25 pour un élément ayant une capacité de 1800 pF, ce qui donne un produit de 90 000 PF*V. Si l'élément occupe un volume d'environ 2 cm3, cela donne un rendement volumétrique d'environ 45 000 PF*V/cm3. La capacité peut, par exemple, être d'environ 1 milliFarad par 30 centimètre carré ("mF/cm2") ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 2 mF/cm2 ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 5 à environ 50 mF/cm2 et dans certains modes de réalisation, d'environ 10 à environ 40 mF/cm2. En variante, des tailles de conditionnement plus grandes peuvent être obtenues avec une qualité diélectrique plus élevée, et ainsi, le condensateur peut présenter une tension de claquage accrue (tension à laquelle le condensateur tombe en panne) pour utilisation dans des applications haute tension. Le condensateur peut, par exemple, présenter une tension de rupture de claquage de 180 volts ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 200 volts ou plus et dans certains modes de réalisation, d'environ 210 volts à environ 260 volts. Par ailleurs, la surface d'anode accrue peut également améliorer le degré de contact entre l'électrolyte et l'anode pendant l'utilisation du condensateur, ce qui peut aboutir à d'autres bonnes propriétés électriques, telles qu'une résistance série équivalente ("RSE") ou un courant de fuite faible. La RSE peut, par exemple, être inférieure à 15 000 milliohms, dans certains modes de réalisation, inférieure à environ 10 000 milliohms, dans certains modes de réalisation, inférieure à environ 5 000 milliohms, et dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 4 500 milliohms, mesurée avec une polarisation de 2 volts et un signal de 1 volt à une fréquence de 120 Hz. En outre, le courant de fuite normalisé peut être inférieur à environ 1 pA/pF*V, dans certains modes de réalisation, inférieur à environ 0,5 pA/pF*V, et dans certains modes de réalisation, inférieur à environ 0,1 pA/pF*V, où pA désigne les microampères et pF*V est le produit de la capacité et de la tension nominale. Le courant de fuite peut être mesuré en utilisant un dispositif d'essai d'étanchéité (par exemple, essai d'étanchéité MC 190, Mantracourt Electronics LTD, RU) à une température de 25°C et à une certaine tension nominale après un temps de charge d'environ 60 à environ 300 secondes. Ces valeurs de RSE et de courant de fuite normalisé peuvent même être maintenues après vieillissement pendant une quantité de temps importante à de hautes températures. Par exemple, les valeurs peuvent être maintenues pendant environ 100 heures ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 300 heures à environ 2500 heures et dans certains modes de réalisation, d'environ 400 heures à environ 1500 heures (par exemple, 500 heures, 600 heures, 700 heures, 800 heures, 900 heures, 1000 heures, 1100 heures ou 1200 heures) à des températures allant d'environ 100°C à environ 250°C, et, dans certains modes de réalisation, d'environ 100°C à environ 200°C (par exemple, 100°C, 125°C, 150°C, 175°C ou 200°C) En plus d'une simple augmentation de la surface disponible, cependant, les présents inventeurs ont également découvert de façon inattendue que les canaux peuvent apporter une multitude d'autres avantages à la performance électrique du condensateur. Par exemple, des liants et/ou lubrifiants sont souvent incorporés dans le corps d'anode pour faciliter la compression. Bien que ces composants puissent être éliminés par diverses étapes de chauffage et/ou de lavage, une certaine quantité résiduelle de carbone peut néanmoins rester dans le corps compressé. Ce carbone résiduel peut, cependant, conduire à la cristallisation de la couche diélectrique sinon amorphe formée pendant l'oxydation anodique, ce qui peut endommager l'anode.

Bien que cet endommagement puisse ne pas avoir un effet appréciable sur tous les types de condensateurs, les présents inventeurs ont découvert que ceci est particulièrement problématique pour les anodes utilisées dans les condensateurs à électrolyte liquide, qui sont d'ordinaire de grande taille et/ou formés à partir d'une poudre ayant une charge spécifique élevée. Néanmoins, les présents inventeurs ont découvert que les canaux de la présente invention peuvent aider à réduire la teneur en carbone et ainsi, à améliorer la performance électrique. De manière plus spécifique, on pense que les canaux peuvent créer une pression capillaire qui aide à surmonter la force d'adhérence d'un liquide de lavage et de la surface du corps d'anode, ce qui augmente en outre le degré auquel le liquide de lavage, et de ce fait, le carbone peuvent être éliminés de l'anode. L'anode résultante peut, par exemple, contenir moins d'environ 100 parties par million ("ppm") de carbone, dans certains modes de réalisation, moins d'environ 50 ppm de carbone, et dans certains modes de réalisation, de 0 à 10 ppm de carbone. La pression capillaire formée par les canaux peut également avoir d'autres avantages. Par exemple, les canaux peuvent permettre à l'électrolyte d'anodisation d'être éliminé plus rapidement une fois l'étape d'anodisation terminée, ce qui améliore la vitesse de refroidissement et minimise la formation de défauts.

Différents modes de réalisation de la présente invention vont être maintenant décrits plus en détail. I. Anode L'anode comprend un corps poreux fritté qui peut être formé à partir d'une composition de métal de valve. La composition de métal de valve peut contenir un métal de valve (à savoir, un métal qui est capable de s'oxyder) ou un composé à base de métal de valve, tel que le tantale, le niobium, l'aluminium, l'hafnium, le titane, leurs alliages, leurs oxydes, leurs nitrures, etc. Par exemple, la composition de métal de valve peut contenir un oxyde électroconducteur de niobium, tel qu'un oxyde de niobium ayant un rapport atomique du niobium sur l'oxygène de 1:1,0 ± 1,0, dans certains modes de réalisation, de 1:1,0 ± 0,3, dans certains modes de réalisation, de 1:1,0 ± 0,1 et dans certains modes de réalisation, de 1:1,0 ± 0,05. L'oxyde de niobium peut être Nb00,7, Nb01,o, Nb01,1 et Nb02. Des exemples de ces oxydes de métal de valve sont décrits dans les brevets U.S. n° 6 322 912 de Fife ; 6 391 275 de Fife et al. ; 6 416 730 de Fife et al. ; 6 527 937 de Fife ; 6 576 099 de Kimmel, et al. ; 6 592 740 de Fife, et al. et 6 639 787 de Kimmel, et al. ; et 7 220 397 de Kimmel, et al., ainsi que dans les publications de brevet U.S. n° 2005/0019581 de Schnitter ; 2005/0103638 de Schnitter, et al. ; 2005/0013765 de Thomas, et al., tous étant incorporés aux présentes dans leur totalité à titre de référence 30 et à toutes fins utiles.

Pour former l'anode, une poudre de la composition de métal de valve est généralement employée. La poudre peut contenir des particules d'une quelconque variété de formes, telles que nodulaire, angulaire, en paillettes, etc., ainsi que des mélanges de celles-ci. Des poudres particulièrement appropriées sont les poudres de tantale disponibles chez Cabot Corp. (par exemple, une poudre en paillettes C255, une poudre en paillettes/nodulaire TU4D, etc.) et H.C. Starck (par exemple, poudre nodulaire NH175). Dans certains cas, la poudre peut avoir une charge spécifique faible pour optimiser l'aptitude à développer une couche diélectrique épaisse qui est capable de supporter de hautes tensions opérationnelles. A savoir, la poudre peut avoir une charge spécifique inférieure à environ 20 000 microFarads*Volts par gramme (npF*V/g"), dans certains modes de réalisation, d'environ 1 000 pF*V/g à environ 20 000 pF*V/g et dans certains modes de réalisation, d'environ 2 000 à environ 15 000 11F*V/g. 20 Toutefois, comme indiqué plus haut, les présents inventeurs ont découvert que des poudres ayant une charge spécifique relativement élevée peuvent également être employées en raison de leur surface externe accrue et de l'aptitude de l'électrolyte d'anodisation à 25 pénétrer dans les pores les plus petits souvent associés à ces poudres. Par exemple, ces poudres de charge spécifique élevée peuvent avoir une charge spécifique d'environ 20 000 à environ 450 000 pF*V/g, dans certains modes de réalisation, d'environ 30 000 à 30 environ 350 000 pF*V/g ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 40 000 à environ 300 000 pF*V/g et dans certains modes de réalisation, d'environ 50 000 à environ 200 000 ilF*V/g. La poudre peut être formée en utilisant des techniques connues de l'homme du métier. Une poudre de tantale précurseur, par exemple, peut être formée en réduisant un sel de tantale (par exemple, fluotantalate de potassium (K2TaF7), fluotantalate de sodium (Na2TaF7), pentachlorure de tantale (TaC15), etc.) avec un agent réducteur (par exemple, hydrogène, sodium, 10 potassium, magnésium, calcium, etc.). Ces poudres peuvent être agglomérées, comme par exemple, par une ou plusieurs étapes de traitement thermique dans une atmosphère inerte ou réductrice. La poudre peut également être soumise à diverses autres techniques 15 optionnelles connues dans l'art telles qu'un broyage, une désoxydation, une lixiviation, un dopage, etc. Comme décrit plus haut, la poudre peut également être mélangée avec un liant et/ou un lubrifiant pour s'assurer que les particules adhèrent adéquatement les 20 unes aux autres lorsqu'elles sont compressées pour former le corps d'anode. Des liants appropriés peuvent comprendre, par exemple, le poly(butyral de vinyle) ; le poly(acétate de vinyle) ; le poly(alcool de vinyle) ; la poly(vinyl pyrollidone) ; les polymères 25 cellulosiques, tels que carboxyméthylcellulose, méthyl cellulose, éthyl cellulose, hydroxyéthyl cellulose et méthylhydroxyéthyl cellulose ; le polypropylène atactique, le polyéthylène ; le polyéthylène glycol (par exemple, Carbowax de Dow Chemical Co.) ; le 30 polystyrène, le poly(butadiène/styrène) ; les polyamides, les polyimides et polyacrylamides, les polyéthers de haute masse moléculaire ; les copolymères d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène ; les fluoropolymères, tels que polytétrafluoroéthylène, fluorure de polyvinylidène et copolymères de fluoro- oléfine ; polyacrylate inférieur), copolymères inférieur ; acides gras la cire purifiées), les polymères acryliques, tels que de sodium, poly(acrylates d'alkyle poly(méthacrylates d'alkyle inférieur) et d'acrylates et méthacrylates d'alkyle et des acides gras et cires, tels que les stéariques et autres acides gras savonneux, végétale, les microcires (paraffines etc. Le liant peut être dissous et dispersé dans un solvant. Des exemples de solvants peuvent inclure l'eau, les alcools, etc. Lorsqu'ils sont utilisés, le pourcentage de liants et/ou de lubrifiants peut varier d'environ 0,1 % à environ 8 % en poids de la masse totale. Il doit être entendu, cependant, que des liants et/ou lubrifiants ne sont pas nécessairement requis dans la présente invention.

La poudre obtenue peut être compactée pour former une pastille en utilisant un dispositif de compression de poudre. Par exemple, on peut employer une matrice de presse qui est une presse à compaction monoposte contenant variante, presse à seulement matrices une filière et un ou plusieurs poinçons. En il est possible d'utiliser des matrices de compaction de type à enclume qui utilisent une filière et un seul poinçon inférieur. Les de presse à compaction monoposte sont disponibles dans plusieurs types de base, tels que des presses à came, bascule/genouillère et excentrique/manivelle ayant des capacités variables, telles que simple action, double action, matrice flottante, plateau mobile, poussoir opposé, vis, impact, compression à chaud, matriçage ou calibrage. La poudre peut être compactée autour d'un fil d'anode (par 5 exemple, fil de tantale). Il doit en outre être entendu que le fil d'anode peut en variante être attaché (par exemple, soudé) au corps d'anode suite à la compression et/ou au frittage du corps d'anode. Bien que cela ne soit pas requis, les canaux de la présente invention 10 peuvent être formés pendant la compression comme le sait l'homme du métier. Par exemple, la matrice de presse peut contenir une ou plusieurs indentations longitudinales qui correspondent à la forme souhaitée des canaux. De cette manière, la poudre est comprimée 15 autour des indentations de telle sorte que lorsqu'il est retiré du moule, le corps d'anode contienne des canaux longitudinaux au niveau des zones où les indentations longitudinales sont situées dans le moule. Après compaction, n'importe quel liant/lubrifiant 20 peut être éliminé en utilisant une diversité de techniques différentes. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la pastille est chauffée sous une pression de vide à une certaine température (par exemple, d'environ 150°C à environ 500°C) pendant 25 plusieurs minutes pour éliminer le liant/le lubrifiant. La pastille peut également être lavée avec une solution liquide (par exemple, solution aqueuse) pour aider à l'élimination du liant/du lubrifiant, comme décrit dans le brevet U.S. n° 6 197 252 de Bishop, et al., qui est 30 incorporé aux présentes dans sa totalité à titre de référence et à toutes fins utiles. Comme indiqué plus haut, les canaux de la présente invention peuvent créer une pression capillaire qui peut aider à augmenter le degré auquel la solution liquide, et de ce fait, le carbone, peuvent être éliminés du corps d'anode.

Une fois formé, le corps d'anode peut ensuite être fritté. La température, l'atmosphère et le temps du frittage peuvent dépendre d'une diversité de facteurs, tels que le type d'anode, la taille de l'anode, etc. D'ordinaire, le frittage se produit à une température d'environ 800°C à environ 1900°C, dans certains modes de réalisation, d'environ 1000°C à environ 1500°C et dans certains modes de réalisation, d'environ 1100°C à environ 1400°C, pendant une durée d'environ 5 minutes à environ 100 minutes et dans certains modes de réalisation, d'environ 30 minutes à environ 60 minutes. Si on le souhaite, le frittage peut se produire dans une atmosphère qui limite le transfert d'atomes d'oxygène vers l'anode. Par exemple, le frittage peut se produire dans une atmosphère réductrice, telle qu'un vide, du gaz inerte, de l'hydrogène, etc. L'atmosphère réductrice peut être à une pression d'environ 10 Torr (1,33 kPa) à environ 2000 Torr (266,64 kPa), dans certains modes de réalisation, d'environ 100 Torr (13,33 kPa) à environ 1000 Torr (133,32 kPa) et dans certains modes de réalisation, d'environ 100 Torr (13,33 kPa) à environ 930 Torr (123,98 kPa). Les mélanges d'hydrogène et d'autres gaz (par exemple, argon ou azote) peuvent également être employés. Lorsqu'une poudre de charge spécifique élevée est employée pour former le corps d'anode, le frittage peut parfois conduire à un degré important de rétraction qui entraîne une déformation physique de l'anode. Pour minimiser cette déformation, le frittage peut être effectué de telle manière que les surfaces du corps d'anode ne soient pas en contact physique avec une 5 surface externe (par exemple, la surface d'un chariot de frittage). Par exemple, l'anode peut être connectée via son fil d'anode (par exemple, soudée) à un raidisseur de telle sorte qu'elle pende de celui-ci. Ainsi, lorsque l'anode est chauffée dans le four, elle 10 peut se rétracter librement sans contrainte physique. Lors du frittage, est ainsi formé un corps d'anode qui contient des canaux longitudinaux selon la présente invention. En référence aux figures 1 à 3, par exemple, il est représenté un mode de réalisation d'une anode 20 15 qui contient un corps fritté poreux 22 ayant au moins une paroi latérale 24 positionnée entre une extrémité proximale 34 et une extrémité distale opposée 36. La forme en coupe de l'extrémité proximale 34 et/ou de l'extrémité distale 36 peut généralement varier sur la 20 base de la forme souhaitée du corps d'anode 22. Dans ce mode de réalisation particulier, par exemple, les deux extrémités 34 et 36 ont une forme en coupe circulaire de telle sorte que le corps d'anode 22 est généralement cylindrique. D'autres formes appropriées peuvent 25 comprendre, par exemple, des formes carrée, rectangulaire, triangulaire, hexagonale, octogonale, heptagonale, pentagonale, trapézoïdale, elliptique, en étoile, sinusoïdale, etc. Le corps d'anode 22 a également une longueur dans 30 la direction longitudinale "z" définie entre les extrémités 34 et 36, et une largeur dans la direction "x" et une profondeur dans la direction "y". Dans le mode de réalisation illustré, la largeur et la profondeur sont toutes deux définies entre les parois latérales 24. Bien que cela ne constitue en aucun cas une exigence, la longueur du corps d'anode 22 est d'ordinaire supérieure à sa largeur et/ou à sa profondeur. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le rapport de la longueur sur à la fois la largeur et la profondeur peut être d'environ 1 à environ 30, dans certains modes de réalisation, d'environ 1,1 à environ 10 et dans certains modes de réalisation, d'environ 1,5 à environ 5. La longueur de l'anode 20 peut, par exemple, aller d'environ 0,5 à environ 100 millimètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 60 millimètres et dans certains modes de réalisation, d'environ 5 à environ 30 millimètres. La largeur du corps d'anode 22 peut aller d'environ 0,5 à environ 50 millimètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 40 millimètres, et dans certains modes de réalisation, d'environ 4 à environ 30 millimètres. De même, la profondeur du corps d'anode 22 peut aller d'environ 0,5 à environ 50 millimètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 40 millimètres et 25 dans certains modes de réalisation, d'environ 4 à environ 30 millimètres. Bien entendu, lorsque le corps d'anode est cylindrique par nature, sa largeur et sa profondeur seront identiques. Indépendamment de sa taille ou forme particulière, 30 le corps d'anode 22 contient des canaux 28 qui sont insérés dans la paroi latérale 24. Les canaux 28 "s'étendent longitudinalement" dans le sens où ils possèdent une longueur dans la direction longitudinale "z" du corps d'anode 22. Cependant, alors que les canaux 28 des figures 1 à 3 sont sensiblement 5 parallèles à la direction longitudinale, ceci ne constitue en aucun cas une exigence. Par exemple, d'autres modes de réalisation appropriés peuvent comprendre un ou plusieurs canaux s'étendant longitudinalement qui sont sous la forme d'une spirale, 10 d'une hélice, etc., qui ne sont pas parallèles à la direction longitudinale du corps d'anode. Le nombre de ces canaux s'étendant longitudinalement peut varier, mais est d'ordinaire de 1 à 20, dans certains modes de réalisation, de 2 à 15 15 et dans certains modes de réalisation, de 4 à 10. Lorsque de multiples canaux sont employés, il est généralement souhaitable qu'ils soient répartis symétriquement et de façon équidistante autour d'un axe longitudinal central de l'anode, bien que ceci ne 20 constitue en aucun cas une exigence. Sur les figures 1 à 3, par exemple, le corps d'anode illustré 22 contient cinq (5) canaux distincts 28. La figure 4, d'autre part, montre une variante de mode de réalisation dans lequel six (6) canaux distincts 228 sont employés. Dans chacun 25 des modes de réalisation particuliers, cependant, les canaux sont répartis d'une manière généralement symétrique autour du centre longitudinal "C" du corps d'anode. Comme indiqué plus haut, au moins une partie des 30 canaux 28 a un rapport d'aspect (longueur divisée par largeur) relativement élevé. La longueur "L1" (figure 2) des canaux 28 peut, par exemple, varier d'environ 0,5 à environ 100 millimètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 60 millimètres et dans certains modes de réalisation, d'environ 5 à 5 environ 30 millimètres. La largeur "W1" des canaux 28 (figures 2 et 3) peut de même varier d'environ 0,01 à environ 20 millimètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,02 à environ 15 millimètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,05 à 10 environ 4 millimètres et dans certains modes de réalisation, d'environ 0,1 à environ 2 millimètres. Les canaux 28 présentés sur les figures 1 à 3 s'étendent dans la direction longitudinale "L" le long de la longueur totale du corps d'anode 22 et coupent à 15 la fois l'extrémité proximale 34 et l'extrémité distale 36. Il doit être entendu, cependant, qu'un ou plusieurs canaux peut/peuvent également s'étendre le long d'une partie seulement de la longueur du corps d'anode de sorte à ne couper qu'une seule extrémité du corps 20 d'anode, ou de sorte à ne couper ni l'une ni l'autre extrémité. En référence à la figure 6, par exemple, il est représenté un mode de réalisation d'une anode 320 qui contient une pluralité de canaux s'étendant longitudinalement 328 qui sont insérés dans une paroi 25 latérale 24, mais ne coupent ni une extrémité proximale 34 ni une extrémité distale 36 de l'anode 320. En règle générale, cependant, le rapport de la longueur du corps d'anode sur la longueur des canaux dans la direction longitudinale est d'environ 0,2 à 1, dans certains 30 modes de réalisation, d'environ 0,5 à 1 et dans certains modes de réalisation, d'environ 0,8 à 1. Le rapport de la largeur du corps d'anode (par exemple, diamètre) sur la largeur des canaux peut également se trouver dans la plage d'environ 1 à environ 100, dans certains modes de réalisation, d'environ 2 à environ 40 et dans certains modes de réalisation, d'environ 5 à environ 30. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, la largeur en coupe des canaux 28 est sensiblement constante et d'une forme généralement rectangulaire. Néanmoins, il doit être entendu que toute autre forme peut également être employée et que la largeur et/ou forme des canaux peut varier le long de la longueur des canaux si souhaité. La mesure dans laquelle les canaux sont insérés dans le corps d'anode peut être sélectivement contrôlée dans la présente invention pour obtenir un équilibre entre une surface accrue et l'intégrité de la structure d'anode. A savoir, si la profondeur des canaux est trop importante, il peut être difficile de compresser l'anode dans une structure physiquement résistante. De même, si la profondeur est trop faible, les avantages souhaités peuvent ne pas être obtenus. Ainsi, dans la plupart des modes de réalisation, les canaux sont insérés de sorte à s'étendre dans une direction qui est d'environ 2 % à environ 60 %, dans certains modes de 25 réalisation, d'environ 5 % à environ 50 % et dans certains modes de réalisation, d'environ 10 % à environ 45 % de l'épaisseur du corps d'anode dans la même direction. En référence à nouveau à la figure 3, par exemple, l'un des canaux 28 est représenté comme 30 s'étendant dans une direction "T." Dans ce mode de réalisation, la longueur du canal 28 dans la direction "T" divisée par l'épaisseur du corps poreux 22 dans la direction "T", multipliée par 100, se trouve dans les pourcentages indiqués plus haut. Bien entendu, la profondeur de chacun des canaux 5 ne doit pas être la même. En référence à la figure 4, par exemple, il est représenté un mode de réalisation d'une anode 220 qui contient des premiers canaux 228 et particulier, les premiers canaux 228 s'étendent dans le 10 corps d'anode jusqu'à un degré plus important que les seconds canaux 229. L'un des premiers canaux 228 peut, par exemple, s'étendre dans une direction "Tl" qui est d'environ 15 % à environ 60 %, dans certains modes de réalisation, d'environ 20 % à environ 50 % et dans 15 certains modes de réalisation, d'environ 25 % à environ 45 % de l'épaisseur du corps d'anode dans la même direction. De même, l'un des seconds canaux 229 peut s'étendre dans une direction "T2" qui est d'environ 2 % à environ 40 %, dans certains modes de réalisation, 20 d'environ 5 % à environ 35 % et dans certains modes de réalisation, d'environ 10 % à environ 25 % du corps d'anode dans la même direction. Une telle configuration peut combiner efficacement les avantages des canaux plus profonds (par exemple, surface plus grande) à ceux 25 des canaux moins profonds (par exemple, plus grande intégrité physique). Dans de tels modes de réalisation, le nombre de canaux plus profonds peut être de 1 à 10, dans certains modes de réalisation, de 2 à 6 et dans certains modes de réalisation, de 2 à 4 et le nombre de 30 canaux moins profonds peut de même être de 1 à 10, dans des seconds canaux 229. réalisation Dans ce mode de certains modes de réalisation, de 2 à 6 et dans certains modes de réalisation, de 2 à 4. D'ordinaire, l'anode de la présente invention contient également un fil de connexion d'anode qui aide 5 à connecter l'anode aux terminaisons du condensateur résultant. Le fil de connexion peut être formé à partir de n'importe quel matériau électriquement conducteur, tel que le tantale, le niobium, le nickel, l'aluminium, l'hafnium, le titane, etc., ainsi que leurs oxydes 10 et/ou nitrures. Bien que cela ne soit pas nécessairement requis, il est souvent souhaitable que le fil de connexion s'étende dans la même direction longitudinale que les canaux. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, par exemple, un fil de 15 connexion d'anode 30 s'étend dans la direction "z" longitudinale à partir de l'extrémité proximale 34 du corps d'anode 22. Le contact électrique avec l'anode 20 peut être accompli d'une diversité de manières, telles que par couplage du fil de connexion 30 par soudage par 20 résistance ou au laser. En variante, le fil de connexion 30 peut être logé dans le corps d'anode pendant sa formation (par exemple, avant frittage). Comme indiqué plus haut, le corps d'anode poreux contenant les canaux peut être oxydé de manière 25 anodique ("anodisé") afin qu'une couche diélectrique soit formée au-dessus et/ou à l'intérieur du corps d'anode. Par exemple, un corps d'anode au tantale (Ta) peut être anodisé en pentoxyde de tantale (Ta205) . D'ordinaire, l'anodisation est effectuée en appliquant 30 tout d'abord une solution au corps d'anode, comme en plongeant le corps d'anode dans l'électrolyte. Un solvant est généralement employé, tel que de l'eau (par exemple, de l'eau désionisée). Pour améliorer la conductivité ionique, un composé peut être employé qui est capable de se dissocier dans le solvant pour former des ions. Des exemples de ces composés comprennent, par exemple, les acides, tels que décrits ci-après par rapport à l'électrolyte. Par exemple, un acide (par exemple, acide phosphorique) peut constituer d'environ 0,01 % en poids à environ 5 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,05 % en poids à environ 0,8 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 0,1 % en poids à environ 0,5 % en poids de la solution d'anodisation. Si souhaité, des mélanges d'acides peuvent également être employés.

Un courant est passé à travers la solution d'anodisation pour former la couche diélectrique. La valeur de la tension de formation gère l'épaisseur de la couche diélectrique. Par exemple, l'alimentation peut être réglée initialement sur un mode galvanostatique jusqu'à ce que la tension requise soit atteinte. Ensuite, l'alimentation peut être commutée sur un mode potentiostatique pour s'assurer que l'épaisseur diélectrique souhaitée est formée sur l'ensemble de la surface de l'anode. Bien entendu, d'autres procédés connus peuvent également être employés, tels que les procédés potentiostatiques par impulsions ou étapes. La tension à laquelle l'oxydation anodique se produit va d'ordinaire d'environ 4 à environ 250 V et dans certains modes de réalisation, d'environ 9 à environ 200 V et dans certains modes de réalisation, d'environ 20 à environ 150 V. Pendant l'oxydation, la solution d'anodisation peut être maintenue à une température élevée, telle que d'environ 30°C ou plus, dans certains modes de réalisation, d'environ 40°C à environ 200°C et dans certains modes de réalisation, d'environ 50°C à environ 100°C. L'oxydation anodique peut également être effectuée à température ambiante ou à une température inférieure. La couche diélectrique résultante peut être formée sur une surface de l'anode et à l'intérieur de ses pores.

II. Electrolyte de travail L'électrolyte de travail est un liquide qui peut être imprégné à l'intérieur de l'anode, ou il peut être ajouté au condensateur à une étape de production 15 ultérieure. L'électrolyte est le matériau qui fournit le trajet de connexion entre l'anode et la cathode. Divers électrolytes appropriés sont décrits dans les brevets U.S. n° 5 369 547 et 6 594 140 d'Evans, et al., qui sont incorporés aux présentes dans leur totalité à 20 titre de référence et à toutes fins utiles. D'ordinaire, l'électrolyte est conducteur ioniquement en ce qu'il a une conductivité ionique d'environ 0,5 à environ 100 milliSiemens par centimètre ("mS/cm"), dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 25 80 mS/cm, dans certains modes de réalisation, d'environ 5 mS/cm à environ 60 mS/cm et dans certains modes de réalisation, d'environ 10 à environ 40 mS/cm, déterminée à une température de 25°C en utilisant n'importe quel dispositif de mesure de conductivité 30 connu (par exemple, Oakton Con Série 11). A l'intérieur des plages indiquées plus haut, on pense que la conductivité ionique de l'électrolyte permet au champ électrique de s'étendre dans l'électrolyte jusqu'à une longueur (longueur de Debye) suffisante pour aboutir à une séparation de charge significative. Ceci étend 5 l'énergie potentielle du diélectrique à l'électrolyte afin que le condensateur résultant soit apte à stocker une énergie potentielle encore plus grande que prévue par l'épaisseur du diélectrique. Dans d'autres termes, le condensateur peut être chargé à une tension qui 10 dépasse la tension de formation du diélectrique. Le rapport de la tension à laquelle le condensateur peut être chargé sur la tension de formation peut, par exemple, être d'environ 1,0 à 2,0, dans certains modes de réalisation, d'environ 1,1 à environ 1,8 et dans 15 certains modes de réalisation, d'environ 1,2 à environ 1,6. Par exemple, la tension à laquelle le condensateur est chargé peut être d'environ 200 à environ 350 V, dans certains modes de réalisation, d'environ 220 à environ 320 V et dans certains modes de réalisation, 20 d'environ 250 à environ 300 V. L'électrolyte liquide est généralement sous forme d'un liquide, tel qu'une solution (par exemple, aqueuse ou non aqueuse), d'une dispersion, d'un gel, etc. Par exemple, l'électrolyte peut être une solution aqueuse 25 d'un acide (par exemple, acide sulfurique, acide phosphorique ou acide nitrique), d'une base (par exemple, hydroxyde de potassium) ou d'un sel (par exemple, sel d'ammonium, tel qu'un nitrate), ainsi que tout autre électrolyte approprié connu dans l'art, tel 30 qu'un sel dissous dans un solvant organique (par exemple, sel d'ammonium dissous dans une solution à base de glycol). Divers autres électrolytes sont décrits dans les brevets U.S. n° 5 369 547 et 6 594 140 d'Evans, et al., qui sont incorporés aux présentes dans leur totalité à titre de référence et à toutes fins utiles. La conductivité ionique souhaitée peut être obtenue en sélectionnant un/des composé(s) ionique(s) (par exemple, acides, bases, sels, etc.) dans certaines plages de concentration. Dans un mode de réalisation 10 particulier, des sels d'acides organiques faibles peuvent être efficaces pour obtenir la conductivité souhaitée de l'électrolyte. Le cation du sel peut inclure des cations non atomiques, tels que des métaux alcalins (par exemple, Li+, Na+, K+, Rb+ ou Cs+), des 15 métaux alcalino-terreux (par exemple, Be2+, mg2+, ca2+, Sr2+ ou Ba2+), des métaux de transition (par exemple, Ag+, Fe2+, Fe3+, etc.), ainsi que des cations polyatomiques, tels que NH4.1- L'ammonium (NH4+) , le sodium (K1 et le lithium (Lil monovalents sont des 20 cations particulièrement appropriés pour utilisation dans la présente L'acide invention. organique utilisé pour former l'anion du sel est "faible" dans le sens où il a d'ordinaire une première constante de dissociation d'acide (12Kai) d'environ 0 à 25 environ 11, dans certains modes de réalisation, d'environ 1 à environ 10 et dans certains modes de réalisation, d'environ 2 à environ 10, déterminée à 25°C. N'importe quels acides organiques faibles appropriés peuvent être utilisés dans la présente 30 invention, tels que les acides carboxyliques, tels que l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide une malonique, l'acide succinique, l'acide salicylique, l'acide sulfosalicylique, l'acide adipique, l'acide maléique, l'acide malique, l'acide oléique, l'acide gallique, l'acide tartrique (par exemple, l'acide dextotartrique, l'acide mésotartrique, etc.), l'acide citrique, l'acide formique, l'acide acétique, l'acide glycolique, l'acide oxalique, l'acide propionique, l'acide phtalique, l'acide isophtalique, l'acide glutarique, l'acide gluconique, l'acide lactique, l'acide aspartique, l'acide glutaminique, l'acide itaconique, l'acide trifluoroacétique, l'acide barbiturique, l'acide cinnamique, l'acide benzoïque, l'acide 4-hydroxybenzoïque, l'acide aminobenzoïque, etc. ; des mélanges de ceux-ci, etc. les acides polyprotiques (par exemple, acide diprotique, triprotique, etc.) sont particulièrement souhaitables pour une utilisation dans la formation du sel, tels que l'acide adipique (pKai de 4,43 et P.R7a2 de 5,41), l'acide a-tartrique (P&1 of 2.98 et PICa2 of 4.34), l'acide méso-tartrique (P&1 de 3,22 et IkKa2 de 4,82), l'acide oxalique (pKa./ de 1,23 et r)&2 de 4,19), l'acide lactique (pKal de 3,13, r)&2 de 4,76 et pKa3 de 6,40), etc. Bien que les quantités réelles puissent varier en fonction du sel particulier employé, de sa solubilité dans le(s) solvant(s) utilisé(s) dans l'électrolyte et de la présence d'autres composants, ces sels d'acide organique faible sont d'ordinaire présents dans l'électrolyte dans une quantité d'environ 0,1 à environ 25 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,2 à environ 20 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,3 à environ 15 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 0,5 à environ 5 % en poids. L'électrolyte est d'ordinaire aqueux en ce qu'il contient un solvant aqueux, tel que de l'eau (par exemple, de l'eau désionisée). Par exemple, de l'eau (par exemple, de l'eau désionisée) peut constituer d'environ 20 % en poids à environ 95 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 30 % en poids à environ 90 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 40 % en poids à environ 85 % en poids de l'électrolyte. Un solvant secondaire peut également être employé pour former un mélange de solvants. Des exemples de solvants appropriés peuvent comprendre, par exemple, les glycols (par exemple, éthylène glycol, propylène glycol, butylène glycol, triéthylène glycol, hexylène glycol, polyéthylène glycols, éthoxydiglycol, dipropylèneglycol, etc.) ; éthers de glycol (par exemple, éther de glycol méthylique, éther de glycol éthylique, éther de glycol propylique, etc.) ; les alcools (par exemple, méthanol, éthanol, n-propanol, iso-propanol et butanol) ; les cétones (par exemple, acétone, méthyl éthyl cétone et méthyl isobutyl cétone) ; les esters (par exemple, acétate d'éthyle, acétate de butyle, acétate d'éther de glycol diéthylénique, acétate de méthoxypropyle, carbonate d'éthylène, carbonate de propylène, etc.) ; les amides (par exemple, diméthylformamide, diméthylacétamide, amide d'acide gras diméthylcaprylique/caprique et N-alkylpyrrolidones) ; les sulfoxydes ou sulfones (par exemple, diméthylsulfoxyde (DMSO) et sulfolane) ; etc. Ces mélanges de solvants contiennent d'ordinaire de l'eau dans une quantité d'environ 40 % en poids à environ 80 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 50 % en poids à environ 75 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 55 % en poids à environ 70 % en poids et un/des solvant(s) secondaire(s) dans une quantité d'environ 20 % en poids à environ 60 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 25 % en poids à environ 50 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 30 % en poids à environ 45 % en poids. Le ou les solvants secondaires peuvent, par exemple, constituer d'environ 5 % en poids à environ 45 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 10 % en poids à environ 40 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 15 % en poids à environ 35 % en poids de l'électrolyte. Si on le souhaite, l'électrolyte peut être relativement neutre et avoir un pH d'environ 4,5 à environ 7,0, dans certains modes de réalisation, d'environ 5,0 à environ 6,5 et dans certains modes de réalisation, d'environ 5,5 à environ 6,0. Un ou plusieurs ajusteurs de pH (par exemple, acides, bases, 25 etc.) peut/peuvent être employé(s) pour aider à obtenir le pH souhaité. Dans un mode de réalisation, un acide est employé pour abaisser le pH à la plage souhaitée. Des acides appropriés comprennent, par exemple, les acides organiques tels que décrits plus haut ; les 30 acides inorganiques, tels que l'acide chlorhydrique, l'acide nitrique, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide polyphosphorique, l'acide borique, l'acide boronique, etc. ; et des mélanges de ceux-ci. Bien que la concentration totale des ajusteurs de pH puisse varier, ils sont d'ordinaire présents dans une quantité d'environ 0,01 % en poids à environ 10 % en poids, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,05 % en poids à environ 5 % en poids et dans certains modes de réalisation, d'environ 0,1 % en poids à environ 2 % en poids de l'électrolyte.

L'électrolyte peut également contenir d'autres composants qui aident à améliorer la performance électrique du condensateur. Par exemple, un dépolarisant peut être employé dans l'électrolyte pour aider à inhiber l'évolution de gaz hydrogène à la 15 cathode du condensateur électrolytique, qui pourrait causer un renflement du condensateur et éventuellement, sa panne. Lorsqu'il est employé, le dépolarisant constitue normalement d'environ 1 à environ 500 parties par million ("ppm"), dans certains modes de réalisation, 20 d'environ 10 à environ 200 ppm et dans certains modes de réalisation, d'environ 20 à environ 150 ppm de l'électrolyte. Des dépolarisants appropriés peuvent comprendre des composés nitroaromatiques tels que 2- nitrophénol, 3-nitrophénol, 4-nitrophénol, acide 225 nitrobenzonique, acide 3-nitrobenzonique, acide 4- nitrobenzonique, 2-nitroacétophénone, 3- nitroacétophénone, 4-nitroacétophénone, 2-nitroanisole, 3-nitroanisole, 4-nitroanisole, 2-nitrobenzaldéhyde, 3- nitrobenzaldéhyde, 4-nitrobenzaldéhyde, alcool 2- 30 nitrobenzylique, alcool 3-nitrobenzylique, alcool 4nitrobenzylique, acide 2-nitrophtalique, acide 3- nitrophtalique, acide 4-nitrophthalique, etc. Des dépolarisants nitroaromatiques particulièrement appropriés pour une utilisation dans la présente invention sont les acides nitrobenzoïques, leurs anhydrides ou sels, substitués avec un ou plusieurs groupes alkyle (par exemple, méthyle, éthyle, propyle, butyle, etc). Des exemples spécifiques de ces composés nitrobenzoïques subsitués par alkyle comprennent, par exemple, l'acide 2-méthy1-3-nitrobenzoïque ; l'acide 2- méthyl-6-nitrobenzoïque ; l'acide 3-méthy1-2- nitrobenzoïque ; l'acide 3-méthyl-4-nitrobenzoïque ; l'acide 3-méthyl-6-nitrobenzoïque ; l'acide 4-méthy1-3- nitrobenzoïque ; leurs anhydrides ou leurs sels ; etc.

III. Cathode La cathode peut être formée à partir d'un substrat qui est d'ordinaire revêtu avec un matériau électrochimiquement actif. Le substrat peut inclure un métal, tel que le tantale, le niobium, l'aluminium, le nickel, l'hafnium, le titane, le cuivre, l'argent, l'acier (par exemple, inoxydable), leurs alliages (par exemple, oxydes électriquement conducteurs), leurs composites (par exemple, métal revêtu avec un oxyde électriquement conducteur), etc. Le titane et le tantale, ainsi que leurs alliages, sont particulièrement appropriés pour une utilisation dans la présente invention. La configuration géométrique du substrat peut varier généralement comme bien connu de l'homme du métier, telle que sous la forme d'un récipient, d'une boîte, d'une feuille, d'une tôle, d'un écran, d'une maille, etc.

Le substrat peut être rugosifié pour augmenter sa surface et augmenter le degré auquel le matériau électrochimiquement actif peut être apte à adhérer à celui-ci. Dans un mode de réalisation, par exemple, la surface est gravée chimiquement, comme en appliquant une solution d'une substance corrosive (par exemple, de l'acide chlorhydrique) à la surface. La surface peut également être gravée électrochimiquement, par exemple, en appliquant une tension à une solution de la substance corrosive afin qu'elle subisse une électrolyse. La tension peut être augmentée jusqu'à un niveau suffisamment élevé pour lancer une "décharge disruptive" à la surface du substrat, qui est censée créer de hautes températures superficielles locales suffisantes pour graver le substrat. Cette technique est décrite dans de plus amples détails dans la publication de la demande de brevet U.S. n° 2010/0142124 de Dreissig, et al., qui est incorporée dans les présentes dans sa totalité à titre de référence et à toutes fins utiles. Outre les techniques de rugosification chimique ou électrochimique, la rugosification mécanique peut également être employée. Dans un mode de réalisation, par exemple, la surface du substrat métallique peut être abradée par projection en propulsant un flux de milieu abrasif (par exemple, du sable) contre au moins une partie de celle-ci. Le matériau électrochimiquement actif peut être appliqué sur le substrat de cathode pour inhiber la corrosion et agir également en tant que barrière thermique lorsque la tension est accrue. N'importe lequel d'une variété de matériaux électrochimiquement actifs peut généralement être employé. Un matériau approprié est un revêtement polymère conducteur. Le revêtement polymère conducteur peut être formé à partir d'une ou plusieurs couches. Le matériau employé dans cette/ces couche(s) peut varier. Dans un mode de réalisation, par exemple, le matériau comprend un/des polymère(s) conducteur(s) qui est/sont d'ordinaire nconjugué(s) et a/ont une conductivité électrique après oxydation ou réduction, telle qu'une conductivité électrique d'au moins environ 1 pS cm-1 après oxydation. Des exemples de ces polymères conducteurs n-conjuguées comprennent, par exemple, les polyhétérocycles (par exemple, polypyrroles, polythiophènes, polyanilines, etc.), les polyacétylènes, les poly-p-phénylènes, les polyphénolates, etc. Les polythiophènes substitués sont particulièrement appropriés pour une utilisation en tant que matériau électrochimiquement actif dans la présente invention. Sans vouloir se lier à une théorie, on pense que le chargement du condensateur à une tension élevée (par exemple, supérieure à la tension de formation) force les ions de l'électrolyte dans les revêtements contenant ces polythiophènes substitués.

Ceci provoque un "gonflement" du polymère conducteur et retient les ions à proximité de la surface, améliorant ainsi la densité de charge. Etant donné que le polymère est généralement amorphe et non cristallin, il peut également dissiper et/ou absorber la chaleur associée à la haute tension. Lors de la décharge, on pense également que le polythiophène substitué "se relâche" et permet aux ions dans l'électrolyte de sortir du revêtement. Grâce à un tel mécanisme de gonflement et de relâchement, la densité de charge à proximité du substrat métallique peut être augmentée sans une réaction chimique avec l'électrolyte. En conséquence, la robustesse mécanique et la bonne performance électrique peuvent être obtenues sans que des revêtements conducteurs classiques ne soient nécessaires, tels que ceux réalisés à partir de charbon actif ou d'oxydes métalliques (par exemple, de l'oxyde de ruthénium). En fait, d'excellents résultats peuvent être obtenus en utilisant le revêtement comme matériau principal sur le substrat métallique. A savoir, le revêtement peut constituer au moins environ 90 % en poids, dans certains modes de réalisation, au moins environ 92 % en poids et dans certains modes de réalisation, au moins environ 95 % en poids du ou des matériaux présents sur le substrat métallique. Néanmoins, il doit être entendu que d'autres revêtements conducteurs peuvent être utilisés dans certains modes de réalisation de la présente invention. Dans un mode de réalisation particulier, le polythiophène substitué a la structure générale suivante :25 dans laquelle T est 0 ou S ; D est un radical alkylène en C1 à C5 éventuellement substitué (par exemple, méthylène, éthylène, n-propylène, n-butylène, n-pentylène, etc.) ; R7 est un radical alkyle en C1 à C18 linéaire ou ramifié éventuellement substitué (par exemple, méthyle, éthyle, n- ou iso-propyle, n-, iso-, sec- ou tertbutyle, n-pentyle, 1-méthylbutyle, 2-méthylbutyle, 3- méthylbutyle, 1-éthylpropyle, 1,1-diméthylpropyle, 1,2- diméthylpropyle, 2,2-diméthylpropyle, n-hexyle, nheptyle, n-octyle, 2-éthylhexyle, n-nonyle, n-décyle, n-undécyle, n-dodécyle, n-tridécyle, n-tétradécyle, n- hexadécyle, n-octadécyle, etc.) ; un radical cycloalkyle en C5 à C12 éventuellement substitué (par exemple, cyclopentyle, cyclohexyle, cycloheptyle, cyclooctyle, cyclononyle cyclodécyle, etc.) ; un radical aryle en C6 à C14 éventuellement substitué (par exemple, phényle, naphtyle, etc.) ; un radical aralkyle en C7 à C18 éventuellement substitué (par exemple, benzyle, o-, m-, p-tolyle, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2-6, 3-4-, 3,5-xylyle, mésityle, etc.) ; un radical hydroxyalkyle en C1 à C4 éventuellement substitué, ou un radical hydroxyle ; et q est un entier de 0 à 8, dans certains modes de réalisation, de 0 à 2, et dans un mode de réalisation, de 0 ; et n est de 2 à 5 000, dans certains modes de réalisation, de 4 à 2 000 et dans certains modes de 30 réalisation, de 5 à 1 000. Des exemples de substituants pour les radicaux "D" ou "R7" comprennent, par exemple, les groupes alkyle, cycloalkyle, aryle, aralkyle, alcoxy, halogène, éther, thioéther, disulfure, sulfoxyde, sulfone, sulfonate, amino, aldéhyde, céto, ester d'acide carboxylique, acide carboxylique, carbonate, carboxylate, cyano, alkylsilane et alkoxysilane, carboxylamide, etc. Les polymères de thiophène particulièrement appropriés sont ceux dans lesquels "D" est un radical alkylène en C2 à C3 éventuellement substitué. Par exemple, le polymère peut être un poly(3,4- éthylènedioxythiophène) éventuellement substitué, qui a la structure générale suivante : Les procédés de formation de polymères conducteurs, tels que décrits plus haut, sont bien connus dans l'art. Par exemple, le brevet U.S. n° 6 987 663 de Merker, et al., qui est incorporé aux présentes dans sa totalité à titre de référence et à toutes fins utiles, décrit diverses techniques pour former des polythiophènes substitués à partir d'un précurseur monomère. Le précurseur monomère peut, par exemple, avoir la structure suivante : dans laquelle T, D, R7 et q sont tels que définis plus haut. Les monomères de thiophène particulièrement appropriés sont ceux dans lesquels "D" est un radical alkylène en C2 à C3 éventuellement substitué. Par exemple, il est possible d'employer des 3,4-alkylènedioxythiophènes éventuellement substitués qui ont la structure générale : (R7)q /\ o o dans laquelle R7 et q sont tels que définis plus haut. Dans un mode de réalisation particulier, "q" est 0. Un exemple approprié commercialement de 3,4- éthylènedioxthiophène est disponible auprès de Heraeus Clevios sous la désignation CleviosTM M. D'autres monomères appropriés sont également décrits dans les brevets U.S. n° 5 111 327 de Blohm, et al. et 6 635 729 de Groenendaal, et al., qui sont incorporés aux présentes dans leur totalité à titre de référence et à toutes fins utiles. Il est également possible d'employer des dérivés de ces monomères qui sont, par exemple, les dimères ou trimères des monomères ci- dessus. Des dérivés moléculaires plus élevés, à savoir, des tétramères, pentamères, etc. des monomères sont appropriés pour une utilisation dans la présente invention. Les dérivés peuvent être constitués d'unités monomères identiques ou différentes et utilisés sous forme pure et en mélange les uns avec les autres et/ou avec les monomères. Des formes oxydées ou réduites de ces précurseurs peuvent également être employées. Les monomères de thiophène peuvent être polymérisés chimiquement en la présence d'un catalyseur oxydatif. Le catalyseur oxydatif comprend d'ordinaire un cation de métal de transition, tel que des cations de fer(III), cuivre(II), chrome(VI), cérium(IV), manganèse(IV), manganèse(VII), ruthénium(III), etc. Un dopant peut également être employé pour fournir une charge supplémentaire au polymère conducteur et stabiliser la conductivité du polymère. Le dopant comprend d'ordinaire un anion inorganique ou organique, tel qu'un ion d'un acide sulfonique. Dans certains modes de réalisation, le catalyseur oxydatif employé dans la solution de précurseur présente à la fois une fonctionnalité catalytique et de dopage en ce qu'il comprend un cation (par exemple, métal de transition) et un anion (par exemple, acide sulfonique). Par exemple, le catalyseur oxydatif peut être un sel de métal de transition qui comprend des cations de fer(III), tels que des halogénures de fer(III) (par exemple, FeC13) ou des sels de fer(III) d'autres acides inorganiques, tels que Fe(C104)3 ou Fe2(SO4)3 et les sels de fer(III) d'acides organiques et d'acides inorganiques comprenant des radicaux organiques. Des exemples de sels de fer(III) d'acides inorganiques avec des radicaux organiques comprennent, par exemple, des sels de fer(III) de monoesters d'acide sulfurique d'alcanols en C1 à C20 (par exemple, sel de fer(III) de sulfate de lauryle). De même, des exemples de sels de fer(III) d'acides organiques comprennent, par exemple, les sels de fer(III) d'acides alcanesulfoniques en C1 à C20 (par exemple, acide méthane, éthane, propane, butane ou dodécane sulfonique) ; les sels de fer(III) d'acides perfluorosulfoniques aliphatiques (par exemple, acide trifluorométhane sulfonique, acide perfluorobutane sulfonique ou acide perfluorooctane sulfonique) ; les sels de fer (III) d'acides carboxyliques aliphatiques en C1 à C20 (par exemple, acide 2-éthylhexylcarboxylique) ; les sels de fer (III) d'acides perfluorocarboxyliques aliphatiques (par exemple, acide trifluoroacétique ou acide de perfluorooctane) ; les sels de fer (III) d'acides sulfoniques aromatiques éventuellement substitués par des groupes alkyle en C1 à C20 (par exemple, acide benzène sulfonique, acide o-toluène sulfonique, acide p-toluène sulfonique ou acide dodécylbenzène sulfonique) ; les sels de fer (III) d'acides cycloalcane sulfoniques (par exemple, acide camphosulfonique) ; etc. Des mélanges de ces sels de fer(III) susmentionnés peuvent également être utilisés. Le p-toluène sulfonate de fer(III), l'o-toluène sulfonate de fer(III) et des mélanges de ceux-ci sont particulièrement appropriés. Un exemple approprié commercialement du p-toluène sulfonate de fer(III) est disponible auprès de Heraeus Clevios sous la désignation CleviosTM C. Divers procédés peuvent être utilisés pour former une couche polymère conductrice. Dans un mode de réalisation, le catalyseur oxydatif et le monomère sont appliqués, soit en séquence, soit ensemble, de telle sorte que la réaction de polymérisation se produit in situ sur le substrat. Des techniques d'application appropriées qui peuvent comprendre la sérigraphie, le trempage, le revêtement électrophorétique et la pulvérisation, peuvent être utilisées pour former un revêtement polymère conducteur. Par exemple, le monomère peut tout d'abord être mélangé avec le catalyseur oxydatif pour former une solution de précurseur. Une fois le mélange formé, il peut être appliqué à l'élément et puis on le laisse polymériser afin que le revêtement conducteur soit formé sur la surface. En variante, le catalyseur oxydatif et le monomère peuvent être appliqués en séquence. Dans un mode de réalisation, par exemple, le catalyseur oxydatif est dissous dans un solvant organique (par exemple, du butanol) et puis appliqué comme une solution de trempage. L'élément peut ensuite être séché pour éliminer le solvant de celui-ci. Ensuite, le substrat peut être plongé dans une solution contenant le monomère. La polymérisation est d'ordinaire effectuée à des températures d'environ -10°C à environ 250°C et dans certains modes de réalisation, d'environ 0°C à environ 200°C, en fonction de l'agent oxydant utilisé et du 30 temps de réaction souhaité. Des techniques de polymérisation appropriées, telles que décrites plus haut, peuvent être décrites dans de plus amples détails dans le brevet U.S. n° 7 515 396 de Biler. Encore d'autres procédés d'application de ce(s) revêtement(s) conducteur(s) peuvent être décrits dans les brevets U.S. n° 5 457 862 de Sakata, et al., 5 473 503 de Sakata, et al., 5 729 428 de Sakata, et al. et 5 812 367 de Kudoh, et al., qui sont incorporés aux présentes dans leur totalité à titre de référence et à toutes fins utiles. Outre une application in situ, une couche de polymère conducteur peut également être appliquée sous la forme d'une dispersion de particules de polymère conducteur. Bien que leur taille puisse varier, il est d'ordinaire souhaitable que les particules possèdent un petit diamètre pour augmenter la surface disponible pour l'adhésion au substrat. Par exemple, les particules peuvent avoir un diamètre moyen d'environ 1 à environ 500 nanomètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 5 à environ 400 nanomètres et dans certains modes de réalisation, d'environ 10 à environ 300 nanomètres. La valeur D90 des particules (les particules ayant un diamètre inférieur ou égal à la valeur D90 constituent 90 % du volume total de l'ensemble des particules solides) peut être d'environ 15 micromètres ou moins, dans certains modes de réalisation, d'environ 10 micromètres ou moins et dans certains modes de réalisation, d'environ 1 nanomètre à environ 8 micromètres. Le diamètre des particules peut être déterminé en utilisant des techniques connues, telles que par ultracentrifugeuse, diffraction laser, etc.

La formation des polymères conducteurs sous une forme particulaire peut être améliorée en utilisant un contre-ion distinct pour contrer la charge positive portée par le polythiophène substitué. Dans certains cas, le polymère peut posséder des charges positive et négative dans l'unité structurale, la charge positive étant située sur la chaîne principale et la charge négative éventuellement sur les substituants du radical "R", tel que les groupes sulfonate ou carboxylate. Les charges positives de la chaîne principale peuvent être partiellement ou totalement saturées avec les groupes anioniques éventuellement présents sur les radicaux "R." Globalement, les polythiophènes peuvent, dans ces cas, être cationiques, neutres ou même anioniques.

Néanmoins, ils sont tous considérés comme des polythiophènes cationiques, étant donné que la chaîne principale des polythiophènes a une charge positive. Le contre-ion peut être un anion monomère ou polymère. Les anions polymères peuvent, par exemple, 20 être des anions d'acides carboxyliques polymères (par exemple, acides polyacryliques, acide polyméthacrylique, acides polymaléiques, etc.) ; d'acides sulfoniques polymères (par exemple, acides polystyrènesulfoniques ("PSS"), d'acides polyvinylesulfoniques, etc.) ; etc. 25 Les acides peuvent également être des copolymères, tels que les copolymères d'acides carboxyliques de vinyle et sulfoniques de vinyle avec d'autres monomères polymérisables, tels que les esters d'acide acrylique et le styrène. De même, les anions monomères appropriés 30 comprennent, par exemple, les anions d'acides alcane sulfoniques en C1 à Cu (par exemple, acide dodécane sulfonique) ; les acides perfluorosulfoniques aliphatiques (par exemple, acide trifluorométhane sulfonique, acide perfluorobutane sulfonique ou acide perfluorooctane sulfonique) ; les acides carboxyliques 5 en C1 à C20 (par exemple, acide 2-éthyl- hexylcarboxylique) ; acides perfluorocarboxyliques aliphatiques (par exemple, acide trifluoroacétique ou acide perfluorooctanoïque) ; acides sulfoniques aromatiques éventuellement substitués par des groupes 10 alkyle en C1 à C20 (par exemple, acide benzène sulfonique, acide o-toluène sulfonique, acide p-toluène sulfonique ou acide dodécylbenzène sulfonique) ; acides cycloalcane sulfoniques (par exemple, acide camphosulfonique ou tétrafluoroborates, 15 hexafluorophosphates, perchlorates, hexafluoroantimonates, hexafluoroarsenates ou hexachloroantimonates) ; etc. Les contre-anions particulièrement appropriés sont les anions polymères, tels que l'acide carboxylique ou sulfonique polymère 20 (par exemple, acide polystyrène sulfonique ("PSS")). La masse moléculaire de ces anions polymères varie d'ordinaire d'environ 1 000 à environ 2 000 000, et dans certains modes de réalisation, d'environ 2 000 à environ 500 000. 25 Lorsqu'ils sont employés, le rapport en poids de ces contre-ions sur les polythiophènes substitués dans une couche donnée est d'ordinaire d'environ 0,5:1 à environ 50:1, dans certains modes de réalisation, d'environ 1:1 à environ 30:1 et dans certains modes de 30 réalisation, d'environ 2:1 à environ 20:1. La masse du polythiophène substitué auquel il est fait référence dans les rapports en poids susmentionnés désigne la partie pesée des monomères utilisés, en considérant qu'une conversion complète se produit pendant la polymérisation.

La dispersion peut également contenir un ou plusieurs liants pour améliorer encore la nature adhésive de la couche de polymère et augmenter également la stabilité des particules à l'intérieur de la dispersion. Les liants peuvent être organiques par nature, tels que les alcools polyvinyliques, les polyvinyl pyrrolidones, les chlorures de polyvinyle, les acétates de polyvinyle, les butyrates de polyvinyle, les esters d'acide polyacrylique, les amides d'acide polyacrylique, les esters d'acide polyméthacrylique, les amides d'acide polyméthacrylique, les polyacrylonitriles, l'ester de styrène/acide acrylique, l'ester d'acétate de vinyle/acide acrylique et les copolymères d'éthylène/acétate de vinyle, les polybutadiènes, les polyisoprènes, les polystyrènes, les polyéthers, les polyesters, les polycarbonates, les polyuréthannes, les polyamides, les polyimides, les polysulfones, les résines mélamine-formaldéhyde, les résines époxydes, les résines de silicone ou les celluloses. Des agents de réticulation peuvent également être employés pour améliorer la capacité d'adhérence des liants. Ces agents de réticulation peuvent comprendre, par exemple, des composés de mélamine, des isocyanates masqués ou des silanes fonctionnels, tels que le 3- glycidoxypropyltrialcoxysilane, le tétraéthoxysilane et l'hydrosylate de tétraéthoxysilane ou des polymères réticulables, tels que les polyuréthanes, les polyacrylates ou les polyoléfines, et permettent une réticulation consécutive. D'autres composants peuvent également être compris à l'intérieur de la dispersion, comme connu dans l'art, tels que des agents de dispersion (par exemple, de l'eau), des substances actives en surface, etc. Si on le souhaite, une ou plusieurs des étapes d'application décrites ci-dessus peuvent être répétées jusqu'à ce que l'épaisseur souhaitée du revêtement soit obtenue. Dans certains modes de réalisation, seule une couche relativement mince du revêtement est formée à la fois. L'épaisseur cible totale du revêtement peut généralement varier en fonction des propriétés souhaitées du condensateur. D'ordinaire, le revêtement de polymère conducteur obtenu a une épaisseur d'environ 0,2 micromètre ("pm") à environ 50 pm, dans certains modes de réalisation, d'environ 0,5 pm à environ 20 pm et dans certains modes de réalisation, d'environ 1 pm à environ 5 pm. Il doit être entendu que l'épaisseur du revêtement n'est pas nécessairement la même à tous les emplacements sur le substrat. Néanmoins, l'épaisseur moyenne du revêtement sur le substrat se trouve généralement à l'intérieur des plages indiquées plus haut. La couche de polymère conducteur peut éventuellement être consolidée. La consolidation peut se produire après chaque application d'une couche de polymère conducteur ou peut se produire après l'application de l'ensemble du revêtement. Dans certains modes de réalisation, le polymère conducteur peut être consolidé en plongeant l'élément dans une solution d'électrolyte, et en appliquant ensuite une tension constante à la solution jusqu'à ce que le courant soit réduit à un niveau présélectionné. Si souhaité, cette consolidation peut être accomplie dans de multiples étapes. Par exemple, une solution d'électrolyte peut être une solution diluée du monomère, du catalyseur et du dopant dans un solvant d'alcool (par exemple, éthanol). Le revêtement peut également être lavé si souhaité pour éliminer divers produits dérivés, réactifs en excédent, etc. La manière particulière selon laquelle les composants sont incorporés dans le condensateur n'est pas primordiale et peut être accomplie au moyen d'une diversité de techniques. En référence à la figure 5, par exemple, elle représente un mode de réalisation d'un condensateur électrolytique 40 qui comprend un électrolyte de travail 44 disposé en contact électrique avec l'anode 20 des figures 1 à 3 et une cathode 43. La cathode 43 peut généralement être formée à partir d'un substrat 41 qui est éventuellement revêtu d'un matériau électrochimiquement actif 49. Dans le mode de réalisation illustré, le substrat 41 forme un boîtier ayant une forme généralement cylindrique. Il doit être entendu, cependant, que n'importe quelle configuration géométrique peut être employée dans la présente invention, comme rectangulaire, triangulaire, prismatique, etc. Le boîtier peut éventuellement comprendre un couvercle qui couvre l'anode et l'électrolyte, qui peut être formé à partir du même matériau ou d'un matériau différent de celui du boîtier.

Il est possible d'employer un joint liquide 23 (par exemple, verre sur métal) qui connecte et scelle l'anode 20 à la cathode 43. Une bague électriquement isolante 89 (par exemple, polytétrafluoroéthylène 5 ("PTFE")) et/ou un support 91 peut/peuvent également être employé(s) pour aider à stabiliser l'anode 20 et le fil 42 et à maintenir l'espacement souhaité à l'intérieur du condensateur. Si on le souhaite, un séparateur (non représenté) peut également être 10 positionné entre la cathode 43 et l'anode 20 pour empêcher un contact direct entre l'anode et la cathode, et donc permettre le flux de courant ionique de l'électrolyte 44 vers les électrodes. Des exemples de matériaux appropriés à cette fin comprennent, par 15 exemple, des matériaux de polymère poreux (par exemple, polypropylène, polyéthylène, polycarbonate, etc.), des matériaux inorganiques poreux (par exemple, mats de fibres de verre, papier de verre poreux, etc.), des matériaux de résine échangeuse d'ions, etc. Des 20 exemples particuliers comprennent des membranes de polymère d'acide sulfonique perfluorées ioniques (par exemple, NafionTM de E.I. DuPont de Nemeours & Co.), des membranes de polymère de fluorocarbone sulfoné, des membranes de polybenzimidazole (PBI) et des membranes 25 de polyéther éther cétone (PEEK). Bien qu'il empêche le contact direct entre l'anode et la cathode, le séparateur permet l'écoulement du courant ionique de l'électrolyte vers les électrodes. Pour optimiser le rendement volumétrique du condensateur, il est 30 généralement souhaitable que le séparateur ait une épaisseur relativement faible. Par exemple, l'épaisseur du séparateur, lorsqu'il est employé, va d'ordinaire d'environ 5 à environ 250 micromètres, dans certains modes de réalisation, d'environ 10 à environ 150 micromètres et dans certains modes de réalisation, d'environ 15 à environ 100 micromètres. Le couvercle ou le boîtier peut définir un orifice interne à travers lequel s'étend un tube conducteur 56 qui est généralement creux et d'une taille et d'une forme suffisantes pour loger un fil d'anode. Le tube conducteur 56 est d'ordinaire formé à partir d'un métal, tel que le tantale, le niobium, l'aluminium, le nickel, l'hafnium, le titane, le cuivre, l'argent, l'acier (par exemple, inoxydable), leurs alliages (par exemple, oxydes électroconducteurs), leurs composites (par exemple, métal revêtu d'oxyde électroconducteur), etc. Pendant et/ou après l'assemblage et le scellement (par exemple, le soudage), l'électrolyte peut être introduit dans le boîtier à travers un orifice de remplissage. Le remplissage peut être accompli en plaçant le condensateur dans une chambre à vide afin que l'orifice de remplissage s'étende dans un réservoir de l'électrolyte. Lorsque la chambre est évacuée, la pression est réduite à l'intérieur du condensateur. 25 Lorsque le vide est relâché, la pression à l'intérieur du condensateur se rééquilibre, et l'électrolyte est tiré à travers l'orifice de remplissage dans le condensateur. Le condensateur électrolytique de la présente 30 invention peut être utilisé dans diverses applications, y compris, mais sans limitation, les dispositifs médicaux, tels que les défibrillateurs implantables, les stimulateurs cardiaques, les défibrillateurs à synchronisation automatique, les stimulateurs nerveux, les dispositifs d'administration de médicaments, etc. ; les applications automobiles ; les applications militaires, telles que les systèmes RADAR ; l'électronique grand public, telles que les radios, les téléviseurs, etc. ; etc. La présente invention peut être mieux comprise en 10 référence aux exemples suivants. Procédures d'essai Capacité ("Cap") 15 La capacité a été mesurée via une "mesure à l'état humide" au moyen d'un dispositif de mesure Keithley 3330 Precision LCZ avec des fils de Kelvin avec une polarisation CC de 0 volt et un signal sinusoïdal crête à crête de 1,0 volt. La fréquence opérationnelle était 20 de 120 Hz et la température était de 23°C + 2°C. La capacité a été mesurée dans un électrolyte d'acide sulfurique aqueux 5M lorsqu'une anode a été configurée comme une anode et une seconde anode a été configurée comme une cathode. La valeur mesurée a été multipliée 25 par deux pour obtenir la capacité moyenne des deux anodes. Courant ondulé : Le courant ondulé a été mesuré en utilisant une 30 alimentation GoldStar GP 505, un générateur de signal Metex, une thermocaméra Nikon Thermal Vision et un oscilloscope Fluke 80i à une température de 23°C + 2°C. Les fréquences opérationnelles étaient de 10 kHz et 30 kHz avec un signal CA et une polarisation CC 0 volt lorsque la valeur appropriée du courant ondulé était passée à travers le condensateur (0 - 4 A RMS). Avec un courant ondulé croissant, la température a également augmenté et a été surveillée par le biais d'une thermocaméra. 10 Exemple 1 6,32 grammes de poudre de tantale (Cabot, 18 000 pF*V/g) ont été tout d'abord compressés avec un fil de connexion de tantale de 0,5 mm d'épaisseur et compressés sur une presse à poinçons 15 supérieur/inférieur (DORST Technologies TPA 15) à une densité de 5,6 g/cm3. L'anode de forme cylindrique a été compressée avec cinq canaux symétriques s'étendant longitudinalement dans le corps d'anode. Le liant (acide stéarique) a ensuite été éliminé par la 20 procédure de lavage suivante - 1 heure dans 0,2 % v/v d'hydroxyde de sodium à 85°C, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C, 1 heure dans 0,05 % v/v d'acide nitrique à 85°C et pour finir, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C. La pastille a ensuite été frittée à 25 une température de 1800°C pendant 40 minutes dans une atmosphère d'argon. Pôur créer un diélectrique de pentoxyde de tantale via un procédé d'oxydation anodique, la pastille a ensuite été plongée dans une solution d'acide phosphorique faible/eau ayant une 30 conductivité de 7900 + 100 mS/cm et une température de 35 + 5°C, soumise à une tension de 80V et un courant ne dépassant pas 20 mA/g, et lavée avec de l'eau désionisée. L'anode a ensuite été assemblée via un cheminement standard pour obtenir un condensateur à électrolyte liquide (à savoir, électrolyte d'acide sulfurique 5M, boîte de tantale avec manchon de tantale comme cathode). Exemple comparatif 1 Des condensateurs ont été formés de la manière décrite dans l'exemple 1, excepté pour le poids de la poudre (7,28 grammes) et la quantité de procédures de lavage (3x). La poudre de tantale a également été compressée avec une forme totalement cylindrique (pas de canaux). De multiples éléments ont été réalisés de toutes les manières et testés ensuite pour le courant ondulé. Les tableaux 1 et 2 résument les valeurs de température pendant les mesures du courant ondulé sur les condensateurs à 10 kHz ou 30 kHz de l'exemple 1 et comparées à l'exemple comparatif 1. Les résultats sont indiqués ci-après. Tableau 1 Exemple 1 @ 10 kHz Courant ondulé [A] 0,0 1,0 2,5 2,0 3,5 3,0 4,0 temp [°C] - condensateur 1 25,8 26,4 36,2 30,4 50,6 41,8 56,7 temp [°C] - condensateur 2 25,3 26,8 35,3 29,9 48,7 40,7 54,8 temp [°C] - condensateur 3 25,5 26,7 35,0 30,1 47,5 40,2 53,5 temp [°C] - condensateur 4 26,4 27,4 40,4 33,2 50,6 46,7 65,4 temp [°C] - condensateur 5 26,1 26,2 33,6 29,4 45,2 38,0 49,6 Exemple comp 1 @ 10 kHz Courant ondulé [A] 0,0 1,0 2,5 2,0 3,5 3,0 4,0 temp [°C] - condensateur 1 26,1 26,2 38,2 32,8 50,6 46,1 64,5 temp [°C] - condensateur 2 25,5 26,5 38,0 32,7 50,6 45,9 63,8 temp [°C] - condensateur 3 25,8 26,2 36,5 31,4 50,6 43,5 59,6 temp [°C] - condensateur 4 26,5 27,4 43,6 36,8 50,6 50,6 76,6 temp [°C] - condensateur 5 25,9 26,1 34,6 30,7 47,7 41,4 56,3 Tableau 2 Exemple 1 0 30 kHz Courant ondulé [A] 0,0 1,5 2,5 3,5 temp [°C] - condensateur 1 26,8 26,4 29,1 35,5 temp [°C] - condensateur 2 26,1 26,2 28,7 35,4 temp [°C] - condensateur 3 26,1 26,1 28,1 34,1 temp [°C] - condensateur 4 27,1 27,7 31,5 42,0 temp [°C] - condensateur 5 26,8 26,8 29,0 35,1 Exemple comp. 1 0 30 kHz Courant ondulé [A] 0,0 1,5 2,5 3,5 temp [°C] - condensateur 1 25,8 27,4 31,3 40,0 temp [°C] - condensateur 2 25,5 27,3 30,4 38,7 temp [°C] - condensateur 3 25,5 27,8 30,5 38,3 temp [°C] - condensateur 4 25,9 29,7 35,1 46,8 temp [°C] - condensateur 5 25,5 26,8 30,1 36,5 Comme indiqué, l'exemple 1 a présenté une amélioration lors de l'essai du courant ondulé, principalement à un courant plus élevé (il est présenté sur 4 A à 10 kHz et 3,5 A à 30 kHz principalement), ce qui illustre un meilleur transport de courant dans le condensateur via une forme d'anode améliorée.

Exemple 2 6,47 grammes de poudre de tantale (H.C. Starck, 100,000 pF*V/g) ont été tout d'abord compressés avec un fil de connexion de tantale de 0,5 mm d'épaisseur et compressés sur une presse à poinçons supérieur/inférieur (DORST Technologies TPA 15) à une densité de 6,4 g/cm3. L'anode de forme cylindrique a été compressée avec cinq (5) canaux symétriques s'étendant longitudinalement insérés dans le corps d'anode. Le liant (acide stéarique) a ensuite été éliminé par la procédure de lavage suivante - 1 heure dans 0,2 % v/v d'hydroxyde de sodium à 85°C, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C, 1 heure dans 0,05 % v/v d'acide nitrique à 85°C et pour finir, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C. La pastille a ensuite été frittée à une température de 1220°C pendant 10 minutes dans une atmosphère d'argon. Pour créer un diélectrique de pentoxyde de tantale par le biais d'un procédé d'oxydation anodique, la pastille a ensuite été plongée dans une solution d'acide phosphorique faible/eau ayant une conductivité de 7900 + 100 mS/cm et une température de 35 + 5°C, soumise à une tension de 15V et un courant ne dépassant pas 20 mA/g, et lavée avec de l'eau désionisée. Exemple comparatif 2 Des condensateurs ont été formés de la manière décrite dans l'exemple 1, excepté pour le poids de la poudre (7,37 grammes) et la quantité de procédures de lavage (3x) . La poudre de tantale a également été compressée avec une forme totalement cylindrique (pas de canaux). De multiples éléments (10) ont été réalisés de toutes les manières et puis testées pour une mesure de capacité.

Exemple 3 6,43 grammes de poudre de tantale (H.C. Starck, 150 000 pF*V/g) ont été tout d'abord compressés avec un fil de connexion de tantale de 0,5 mm d'épaisseur et 5 compressés sur une presse à poinçons supérieur/inférieur (DORST Technologies TPA 15) à une densité de 6,4 g/cm3. L'anode de forme cylindrique a été compressée avec cinq canaux symétriques s'étendant longitudinalement qui ont été insérés dans le corps 10 d'anode. Le liant d'acide stéarique a ensuite été éliminé par la procédure de lavage suivante - 1 heure dans 0,2 % v/v d'hydroxyde de sodium à 85°C, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C, 1 heure dans 0,05 % v/v d'acide nitrique à 85°C et pour finir, 1 heure dans 15 de l'eau désionisée à 85°C. La pastille a ensuite été frittée à une température de 1270°C pendant 10 minutes dans une atmosphère d'argon. Pour créer un diélectrique de pentoxyde de tantale via un procédé d'oxydation anodique, la pastille a ensuite été plongée dans une 20 solution d'acide phosphorique faible/eau ayant une conductivité de 7900 + 100 mS/cm et une température de 35 + 5°C, soumise à une tension de 15V et un courant ne dépassant pas 20 mA/g, et lavée avec de l'eau désionisée.

25 Exemple comparatif 3 Des condensateurs ont été formés de la manière décrite dans l'exemple 2, excepté pour le poids de la poudre (7,33 grammes) et la quantité de procédures de 30 lavage (3x). La poudre de tantale a été compressée avec une forme totalement cylindrique (pas de canaux). De multiples éléments (10) ont été réalisés de toutes les manières et puis testés pour la mesure de capacité. Exemple 4 6,52 grammes de poudre de tantale (H.C. Starck, 200 000 p.F*V/g) ont tout d'abord été compressés avec un fil de connexion de tantale de 0,5 mm d'épaisseur et compressés sur une presse à poinçons supérieur/inférieur (DORST Technologies TPA 15) à une 10 densité de 6,4 g/cm3. L'anode de forme cylindrique a été compressée avec cinq (5) canaux symétriques s'étendant longitudinalement insérés dans le corps d'anode. Le liant (acide stéarique) a ensuite été éliminé par une procédure de lavage suivante - 1 heure 15 dans 0,2 % v/v d'hydroxyde de sodium à 85°C, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C, 1 heure dans 0,05 % v/v d'acide nitrique à 85°C et pour finir, 1 heure dans de l'eau désionisée à 85°C. La pastille a ensuite été frittée à une température de 1100°C pendant 100 minutes 20 dans une atmosphère d'argon. Pour créer un diélectrique de pentoxyde de tantale via un procédé d'oxydation anodique, la pastille a ensuite été plongée dans une solution d'acide phosphorique faible/eau ayant une conductivité de 7900 + 100 mS/cm et une température de 25 35 + 5°C, soumise à une tension de 15 V et un courant ne dépassant pas 20 mA/g, et lavée avec de l'eau désionisée. Exemple comparatif 4 30 Des condensateurs ont été formés de la manière décrite dans l'exemple 2, excepté pour le poids de la poudre (7,42 grammes) et la quantité de procédures de lavage (3x). La poudre de tantale a été compressée avec une forme totalement cylindrique (pas de canaux). De multiples éléments (10) ont été réalisés de toutes les manières et puis testés pour la mesure de capacité dans de l'acide sulfurique 5M. Les tableaux 3 et 4 résument les rendements de capacité à partir de la moyenne de la capacité sur la base des mesures des exemples 2 à 4 et comparés aux exemples comparatifs 2 à 4. Les résultats sont indiqués ci-après. Tableau 3 CAP anode Masse anode CAP/g Rendement CAP [(CAP/g Ex * 100 / CAP/g Ex. [mF] [g] comp.) %] Exemple 2 27,78 6,43 4,32 - Exemple comp. 2 26,48 7,33 3,61 83,7 Exemple 3 32,94 6,47 5,09 - Exemple comp. 3 30,82 7,37 4,18 82,1 Exemple 4 38,34 6,52 5,88 - Exemple comp. 4 33,96 7,42 4,57 77,7 Tableau 4 CV/g CV/cc CAP CV/cc Rendement Rendement [mFV/g] [mFV/cc] anode [mFV/cc] volumétrique CAP [(Rend. [mF] mesuré [(CV/cc vol Ex - mesuré * 100 Rend. Vol / CV/cc) %] Ex. comp.) %] Exemple 2 100 640 27,78 416,7 65,1 Exemple 100 640 26,48 397,2 62,1 3,0 comp.

2 Exemple 3 150 960 32,94 494,1 51,5 Exemple 150 960 30,82 462,3 48,2 3,3 comp.

3 Exemple 4 200 1280 38,34 575,1 44,9 Exemple 200 1280 33,96 509,4 39,8 5,1 comp.

4 Comme indiqué dans le tableau 3, les exemples 2 à 4 ont présenté une amélioration du rendement de capacité (d'environ 20 %) par rapport aux exemples 5 comparatifs 2 à 4. En outre, le tableau 4 présente de légères améliorations dans le rendement volumétrique entre les exemples 2 à 4 et les exemples comparatifs 2 à 4 en dépit du fait que plus de 12 % de poudre sont économisés pour le même volume (et également la taille 10 du boîtier). Ces modifications et variantes et d'autres modifications et variantes de la présente invention peuvent être mises en oeuvre par l'homme du métier, sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de la présente 15 invention. En outre, il doit être entendu que des aspects des divers modes de réalisation peuvent être interchangés à la fois en totalité ou en partie. En outre, l'homme du métier comprendra que la description précédente n'est donnée qu'à titre d'exemple uniquement, 20 et n'est pas censée limiter l'invention telle que décrite ci-après dans les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS1. Condensateur à électrolyte liquide comprenant : une anode contenant un corps d'anode poreux fritté qui s'étend dans une direction longitudinale et est revêtu d'un diélectrique, le corps d'anode contenant 5 une paroi latérale positionnée entre une extrémité proximale et une extrémité distale opposée, un canal s'étendant longitudinalement étant inséré dans la paroi latérale ; un électrolyte liquide ; et 10 une cathode qui contient un substrat.
2. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le corps d'anode poreux est formé à partir d'une poudre qui contient du tantale, du niobium ou un oxyde électroconducteur de ceux-ci. 15
3. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 2, dans lequel la poudre a une charge spécifique d'environ 20 000 à environ 450 000 pF*V/g.
4. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le corps d'anode a une 20 longueur dans la direction longitudinale et une largeur et une profondeur, et dans lequel le rapport de la longueur à la fois sur la largeur et la profondeur est d'environ 1,1 à environ 10.
5. Condensateur à électrolyte liquide selon la 25 revendication 1, dans lequel le canal s'étendant longitudinalement coupe à la fois l'extrémité distale et l'extrémité proximale.
6. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel un fil d'anode s'étend àpartir de l'extrémité proximale de l'anode (20) dans la direction longitudinale.
7. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le corps d'anode a une 5 forme généralement cylindrique.
8. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le canal a un rapport d'aspect d'environ 2 ou plus.
9. Condensateur à électrolyte liquide selon la 10 revendication 1, dans lequel le canal a un rapport d'aspect d'environ 15 à environ 150.
10. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le canal a une longueur d'environ 1 à environ 60 millimètres et une largeur 15 d'environ 0,02 à environ 15 millimètres.
11. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le canal a une largeur sensiblement constante.
12. Condensateur à électrolyte liquide selon la 20 revendication 1, dans lequel le canal a une profondeur qui est d'environ 5 % à environ 50 % de l'épaisseur du corps d'anode poreux.
13. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel une pluralité de canaux 25 s'étendant longitudinalement sont insérés dans la paroi latérale du corps d'anode.
14. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 13, dans lequel de 4 à 10 canaux sont insérés dans le corps d'anode. 30
15. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 13, dans lequel les canaux sont répartisd'une manière généralement symétrique autour d'un centre longitudinal du corps d'anode.
16. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 13, dans lequel le corps d'anode contient des premiers et seconds canaux s'étendant longitudinalement, les premiers canaux étant insérés dans la paroi latérale à une profondeur différente de celle des seconds canaux.
17. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 16, dans lequel les premiers canaux ont une profondeur qui est d'environ 25 % à environ 45 % de l'épaisseur du corps d'anode, et les seconds canaux ont une profondeur qui est d'environ 10 % à environ 25 % de l'épaisseur du corps d'anode.
18. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le canal est sensiblement parallèle à la direction longitudinale.
19. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, comprenant en outre un matériau 20 électrochimiquement actif qui est disposé sur une surface du substrat.
20. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 19, dans lequel le matériau électrochimiquement actif contient un polymère 25 conducteur.
21. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le substrat comprend du titane, du tantale ou une combinaison de ceux-ci.
22. Condensateur à électrolyte liquide selon la 30 revendication 1, dans lequel l'électrolyte liquide est aqueux.
23. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel l'électrolyte liquide a un pH d'environ 4,5 à environ 7,0.
24. Condensateur à électrolyte liquide selon la 5 revendication 1, dans lequel le substrat est sous la forme d'un boîtier à l'intérieur duquel sont positionnés l'anode et l'électrolyte liquide.
25. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le condensateur présente 10 un rendement volumétrique d'environ 20 000 à environ 95 000 pF*V/cm3.
26. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel le courant ondulé maximum est d'environ 2,5 Amps ou plus. 15
27. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 1, dans lequel l'anode contient environ 50 ppm de carbone ou moins.
28. Condensateur à électrolyte liquide comprenant : 20 une anode contenant un corps d'anode poreux fritté généralement cylindrique ayant une paroi latérale positionnée entre une extrémité proximale et une extrémité distale opposée, le corps d'anode étant revêtu d'un diélectrique, une pluralité de canaux 25 s'étendant longitudinalement étant insérés dans la paroi latérale du corps d'anode, le corps d'anode contenant du tantale, du niobium, ou un oxyde électriquement conducteur de ceux-ci, l'anode comprenant en outre un fil de connexion d'anode qui 30 s'étend à partir de l'extrémité proximale de l'anode dans la direction longitudinale ;un électrolyte liquide aqueux ; et un boîtier métallique généralement cylindrique à l'intérieur duquel sont positionnés l'anode et l'électrolyte liquide, dans lequel un matériau 5 électrochimiquement actif est disposé sur une surface intérieure du boîtier.
29. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 28, dans lequel les canaux ont un rapport d'aspect d'environ 2 ou plus. 10
30. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 28, dans lequel les canaux ont un rapport d'aspect d'environ 15 à environ 150.
31. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 28, dans lequel les canaux ont une 15 largeur sensiblement constante.
32. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 28, dans lequel les canaux sont répartis d'une manière généralement symétrique autour d'un centre longitudinal du corps d'anode. 20
33. Condensateur à électrolyte liquide selon la revendication 28, dans lequel le corps d'anode contient des premiers et seconds canaux s'étendant longitudinalement, les premiers canaux étant insérés dans la paroi latérale du corps d'anode à une 25 profondeur différente de celle des seconds canaux.
34. Procédé de formation d'un condensateur à électrolyte liquide, le procédé comprenant : la compression d'une poudre dans un corps d'anode poreux qui s'étend dans une direction longitudinale, un 30 canal s'étendant longitudinalement étant inséré dans le corps d'anode ;le frittage du corps d'anode poreux ; l'oxydation anodique du corps d'anode fritté pour former une anode ; et le placement de l'anode en communication 5 électrique avec une cathode et un électrolyte liquide.