NL8006998A

NL8006998A - Aluminiumfolie voor elektrolytische kondensatoren.

Info

Publication number: NL8006998A
Application number: NL8006998A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1982-07-16
Also published as: JPS57132322A; KR830008364A; CA1193997A; US4484252A; EP0054990B1; KR890005361B1; EP0054990A1; JPH0334645B2; DE3165281D1

Description

c * %' PHN 9928 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Aluminiumfolie voor elektrolytische kondensatoren"

De uitvinding heeft betrekking op aluminiumfolie met een vergroot effectief oppervlak voor gebruik in elektrolytische kondensatoren, op een werkwijze ter vervaardiging van folie met een dergelijk vergroot effectief oppervlak en op elektrolytische kondensatoren waar-5 van tenminste één van de elektroden uit een dergelijk folie bestaat.

Men onderscheidt tussen het z.g. "hoogvoltsfolie", dat geformeerd wordt op een spanning boven ongeveer· 200V., waarbij een dikke oxydelaag gevormd wordt, en het "laagvoltsfolie" dat geformeerd wordt op een spanning van ten hoogste ongeveer 120V, hetgeen een dunne oxyde-10 laag levert. De gewenste structuur van de zone onder het oppervlak is voor beide categoriën verschillend: voor de laatste categorie kan men veel nauwere kanalen ter vergroting van het effectief oppervlak toelaten dan voor de eerste. Kanalen met een diameter van de orde van grootte van de dikte van de te formeren oxydelaag leveren uiteraard geen bijdrage 15 aan de capaciteit. Hoogvoltsfolie moet daar cm een veel grovere porieen-structuur met wijdere kanalen hebben dan laagvoltsfolie. Bij de laatstgenoemde categorie kan men dus een veel groter effectief oppervlak bereiken dan bij de eerstgenoemde.

De uitvinding is in het bijzonder gericht op het "laagvolts- 20 folie".

In de Nederlandse octrooiaanvrage 6.700.523 wordt een gebeitste hoogvoltsfolie met een werkwijze ter vervaardiging daarvan beschreven. Deze folie is aldus cpgebouwd, dat zich daarin brede kanalen bevinden, die zich tot in het midden van de foliedikte uitstrekken, waardoor het 25 folie ten opzichte van het ongebeitste uitgangsprodukt een enorm deel aan sterkte heeft ingeboet.

De uitvinding verschaft een laagvoltsfolie van aluminium net een effectief oppervlak per volume-eenheid weggenomen materiaal dat tot nu toe nog nooit met een dergelijke hoge waarde gerealiseerd werd.

30 De aluminiumfolie voor elektrolytische kondensatoren, die een vergroot effectief oppervlak bezit door de aanwezigheid van aan de oppervlakte uitmondende kanalen, is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de kanalen een gemiddelde diameter bezitten van 0,2,urn en herhaalde- 8006998 t η t· FHN 9928 2 lijk, na een lengte kleiner dan ongeveer 1 van richting veranderen, terwijl de totale lengte van een kanaal gemiddeld groter is dan 5^jm en dat de zones aan beide zijden van de folie, die voorzien zijn van deze kanaken,, zich uitstrekken tot een vrijwel gelijke diepte over het 5 gehele oppervlak zodat een zone van ,ininiinaal 15^im in het midden van de foliedoorsnede uit compact aluminium bestaat.

Deze structuur, die verrassend hoge effectieve oppervlakken in zich bergt, kan microscopisch gemakkelijk warden herkend en onderscheiden van de tot nu toe tot stand gébrachte etsstructuren.

10 Een maat voor de kwaliteit van de folie voor wat betreft de grootte van het effectieve oppervlak-is de capaciteit per cm na formeren, dit is het anodisch tot stand brengen van de diëlektrische oxyd-huid.

In het bijzonder is van belang de capaciteit als functie van 15 de hoeveelheid weggebeitst aluminium. Laatstgenoemde grootheid λ per orr^ (d ) kan gemakkelijk bepaald worden door weging van het folie 3 vóór en na beitsen.

Voor katbodefolie is overigens een effectief oppervlak van dezelfde grootte-orde als dat van het anodefolie van belang; in 20 dat geval verkrijgt non namelijk pas de optimale waarde van CV van de gerede condensator.

Het folie volgens de uitvinding bezit een waarde van de 2 2 capaciteit per cm van tenminste 59 ^iF/cm , bij een waarde dg van 50^m en na formeren op 20V, terwijl het bekende folie ander deze amstandig- 2 25 heden tot ten hoogste 45 ^iF/cm kamt.

In bijgaande grafiek (fig. 1) is de capaciteit C van gefor- w meerd folie net vergroot effectief oppervlak volgens de uitvinding als 2 functie van d_, het poriënvolume per. cm oppervlak weergegeven in ver-s gelijking met enige bekerde foliën.

30 Deze formering wordt uitgevoerd in een 2% oplossing van airmo- niumpentaboraat in water, waarbij de formeerspanning eerst vanaf nul met een constante snelheid van 0,01 V/s wordt qpgevoerd tot een waarde van 20V en dan cp deze spanning wordt gehouden, totdat de stroom is afgencmen tot 20% van de beginwaarde bij 2QV.

35 De capaciteit wordt gemeten bij 100Hz, eveneens in een oplos sing van 2% ammoniunpentaboraat in water.

De meetpunten van de foliën volgens de uitvinding zijn weergegeven met vierkantjes en die van enkele bekende f oliesoorten met cir- 8 0 0 6 9 9 8 t o EHN 9928 3 keltjes.

In de figuren 2 en 3 zijn typische poriën-profielen respectievelijk volgens de uitvinding en van een in de handel verkrijgbaar folie in dezelfde vergroting, 72000 x, weergegeven in projectie.

5 Deze opnamen zijn gemaakt door middel van een replica-techniek in transmissie-elèktranen microscopie. Het gebeitste folie wordt door oxidatie van een aluminiumoxydelaag in de poriën voorzien of de poriën worden gevuld met een kunsthars. Vervolgens wordt het aluminiumrmetaal door oplossen verwijderd. In het geval van de kunsthars wordt de 10 replica met koolstof bedampt en de kunsthars vervolgens opgelost. De beide opnamen vertonen geïsoleerde poriën. In figuur 2 ziet men duidelijk de voortdurend van richting veranderende per ie, waarvan zich de afmetingen binnen de bovengenoemde grenzen bevinden. Een gemiddelde lengte van rechte stukken uit 40 kanalen bedroeg 0,63 ^un + 0,22 jm, 15 de gemiddelde doorsnede van 78 kanalen was 0,20^im + 0,06 ^im.

Figuur 3 toont een recht verlopend kanal, karakteristiek voor een bekende beitswerkwij ze met gelijkstroom. Metingen van de afmeting van rechte stukken leverde een lengte van 2,7 + 0,5 ^im en een doorsnede van 0,18 + 0,05 ^im.

20 De structuur volgens de uitvinding kan men tot stand brengen door middel van een anodische beitsing in een elektrolytoplossing met een onderbroken gelijkstroom met een herhalingsfrékwentie van de onderbreking tussen 35 en 30C Hz en een onderbrekingstijd tussen 500. en 2000 jx. sec, bij een temperatuur tussen 60 en 95°C in een nadere uit-25 werking van de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat het beitsen plaatsvindt in een chloride-houdende electrolyt oplossing met een specifiek geleidingsvermogen (d) van tenminste 100 mS/cm met een dichtheid van 2 de beitsstroem, betrokken op het. gelijkstrcondeel tussen 0,5 en 3 A/on 2 gedurende zo lange tijd, dat een volumeverlies per cm folieoppervlak 30 (dg) van tenminste 25 ^im is bereikt.

De grootheid is gemakkelijk vast te stellen door bepaling van het gewichtsverlies van de folie na beitsen.

Bij wijze van voorbeeld volgt thans de beschrijving van een werkwijze cm tot folie volgens de uitvinding te komen.

35 Muminiumfolie van een zuiverheid van 99,99% met een dikte

van 100 ^πα wordt onder de volgende omstandigheden anodisch gebeitst. Electrolyt: 25% keukenzoutoplossing (o» -- 250 mS/cm) temperatuur: 75°C

8006998 EHN 9928 4

v V

ft " beitstijd: 53 sec.

strccmdichtheid: 170 A/dm2 onderhrekingsfrequentie: 100 Hz oirpilshreedte: 1000 sec.

5 impulsvarm: rechthoekig irpulshoogtei 105%, d.w.z. 1/20 van de imjailshoogte negatief.

Eet verkregen folie bezit een vaarde van d , het volumsverlies 2 s pex cm folie-opperviaktvan 50 ^im. Er blijft een ongebeitste kern van 10 25 ^im over.

De structuur van de verkregen folie kant overeen met een pariebeeld, zoals in figuur 2 weergegeven en met de parameters, zoals hierboven beschreven.

Na formeren cp 20 Volt in een 2% airnnoniumpentaboraat oplossing 15 in water wordt een capaciteit gemeten van 64,5^iF/cm2.

20 25 30 . 35 80 069 98

Claims

1. Muminiumfolie voor elektrolytische condensatoren, die een vergroot effectief oppervlak bezit door de aanwezigheid van aan de oppervlakte uitmondende kanalen, met het kenmerk, dat de kanalen een gemiddelde diameter bezitten van 0,2 yum en herhaaldelijk, na een lengte 5 kleiner dan ongeveer 1yum van richting veranderen terwijl de totale lengte .van een kanaal gemiddeld groter is dan 5yUm en dat de zones aan beide zijden van de folie, die voorzien zijn van deze kanalen, zich uitstrekken tot een vrijwel gelijke diepte over de gehele oppervlakte, zodat een zone van minimaal 15yUm in het middel van de foliedoorsnede uit 10 compact aluminium bestaat.

2. Werkwijze voor de vervaardiging van aluminiumfolie volgens conclusie 1 door middel van anodisch beitsen in een elektrolytoplossing met een onderbroken gelijkstroom met een herhalingsfrequentie van de onderbreking tussen 35 en 300 Hz en een onderbrékingstijd tussen 500 15 en 2000 yU sec bij een temperatuur tussen 60 en 95°C, met het kenmerk, dat het beitsen plaatsvindt in een chloride-houdende elektrolytoplossing met een specifiek geleidingsvermogen van tenminste 100mS/cm met een dichtheid van beitsstroon, betrokken op het gelijkstroomdeel tussen 0,5 en Siytto gedurende zo lange tijd, dat een volume verlies 2 20 per cm folieoppervlak (d) van tenminste 25 ,um is bereikt. s /

3. Elektrolytische condensator, waarvan tenminste de anodefolie uit van een door formeren aangebrachte dielektrische oxydelaag voorziene aluminiumfolie volgens conclusie 1 bestaat. 25 30 8006998 35