DD299252A7

DD299252A7 - Elektrolyt fuer kondensatoren

Info

Publication number: DD299252A7
Application number: DD33014289A
Authority: DD
Inventors: Baerbel Seidel; Eberhard Kuechler; Dietmar Toetzke; Hannelore Krueger; Karin Bachmann
Original assignee: Seidel,Baerbel,De; Kuechler,Roland,De; Krueger,Hannelore,De; Bachmann,Ulrich,De
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1992-04-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyt fuer Kondensatoren im Temperaturbereich von 40C bis 85C. Er ist insbesondere fuer Blitzlichtelektrolytkondensatoren und Kondensatoren fuer hohe Betriebsspannungen geeignet. Der Elektrolyt besteht aus folgenden Substanzen und enthaelt pro Kilogramm12,007 bis 14,0 Mol AEthylenglykol{Elektrolyt; Kondensatoren; Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensatoren; Temperaturbereich; 40C bis 85C; Blitzlichtelektrolytkondensatoren; hohe Betriebsspannungen; Glykol; Borsaeure; Ammoniak}

Description

12,0	bis	bis	14,0	Mol/kg Athylenglykol
0,6	bis	1,2	Mol/kg Borsäure
0	bis	0,3	Mol/kg Adipinsäure
0,3	bis	1,4	Mol/kg Ammoniak
0,007 bis	0,01	Mol/kg Ammoniumdihydrogenphosphat
5,0	6,0	Mol/kg Wasser

Zur Verwendung von Elektrolyten auf der Basis Borsäure - Glykol - Ammoniak als Hochvolt-Botriebselektrolyt wird in der Fachwelt die Meinung vertreten, daß nur ein relativ hoher Anteil an Borsäure eine hohe Funkenspannung bewirkt. Weiterhin ist man der Ansicht, daß relativ hochleitende Elektrolyts für die Herstellung von Hochvolt-Kondensatoren nur durch bestimmte andere Zusätze zu erreichen sind. Nach diesem Stand der Technik war nicht zu erwarten, daß beim Eineatz von derartig geringen Mengen an Borsäure, wie sie Im erfindungsgemäßen Elektrolyten enthalten sind, so hohe Funkenspannungen von 420 bis 480V bei Leitfähigkeiten von 1500 bis 5000pS/cm erreichbar sind.

Da der erfindungsgemäße Elektrolyt auch eine niedrige Viskosität aufweist, ist eine schnelle Imprägnierung der Kondensatorenwickel gewährleistet. Die Herstellung der Elektrolyte gestaltet sich besonders einfach, da alle Substanzen bei Raumtemperatur gemischt und unter Rühren auf 9O⁰C erhitzt werden. Ein Kochprozeß, wie er bei früher verwendeten Hochvolt-Betriebselektrolyten üblich war, entfällt ganz.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Für die Herstellung von Musterkondensatoren wurden Elektrolyte gemäß der Erfindung in den in Tabelle 1 zusammengefaßten Varianten eingesetzt:

Tabelle 1

	Mol/kg	1	2	3
Glykol	Mol/kg	12,30	13,10	13,60
Borsäure	Mol/kg	1,00	1,05	0,69
Adipinsäure	Mol/kg	0,25	-	-
Ammoniak		1,40	0,66	0,34
Ammoniumdihydrogen	Mol/kg
phosphat	Mol/kg	0,01	0,01	0,01
Wasser	\iS/cm	5,00	5,40	5,60
χ +3O⁰C	\iS/cm	5000	2500	1500
χ -4O⁰C	V	40,3	?8,7	20,1
U_F +7O⁰C	420	460	480

Mit dem Elektrolyten nach Variante 1 wurden Blitzlichtelektrolytkondensatoren der Nenndaten 300μΡ/360 V hergestellt, die /um einen mit herkömmlichen Elektrolyten imprägniert wurden und zum anderen mit einem Elektrolyten nach Variante 1. In der Tabelle 2 sind einige besonders für Fotoblitzkondensatoren interessante Meßwerte eingetragen, wobei sich die Spalte I auf die Kondensatoren bezieht, die mit dem herkömmlichen Betriebselektrolyt imprägniert sind. Die in Spalte Il aufgeführten Meßwerte beziehen sich auf die Kondensatoren mit dem Betriebselektrolyten gemäß der Erfindung.

Tabelle 2

	2O⁰C	Il	10°	Il	O⁰C	Il	-1O⁰C	Il
	I		I		I		I
Kapazität		323		321		319		316
(100Hz)/pF	328		322		291		236
Verlustfaktor		0,020		0,028		0,032		0,040
(100Hz)	0,085		0,153		0,365		0,754
Ersatzserienwiderstand		0,093		0,118		0,157		0,193
ESR(100Hz)/Ohm	0,395		0,758		2,000		5,100
Scheinwiderstand
Z/Ohm		0,078		0,092		0,106		0,160
bei 1OkHz	0,340	0,054	0,667	0,070	1,69	0,094	3,80	0,144
bei 25 kHz	0,320	0,048	0,620	0,065	1,50	0,086	3,12	0,136
bei 50 kHz	0,303	0,577	1,30	2,53

Wie der Tabelle zu entnehmen ist, weisen die Kondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten durchweg günstigere Werte auf als die Kondensatoren mit dem herkömmlichen Elektrolyten. Das bedeutet, daß in einem Blitzgerät mit Kondensatoren, die mit dem Betriebselektrolyt gemäß der Erfindung imprägniert sind, eine wesentliche höhere Lichtausbeute zu erwarten ist.

Diese Verbesserung ist auf die bedeutend höhere elektrische Leitfähigkeit des Betriobselektrolyten gemäß der Erfindung gegenüber dem bekannten Elektrolyten zurückzuführen.

Weiterhin wurden Kondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten einem Dauerversuch unterworfen, dessen Ergebnisse in der Tabelle 3 zusammengefaßt sind.

Tabelle 3

	C/pF	tan δ	l_R/mA	ESR/O
	(bei 100 Hz)	(bei tOOHz)	(5 min, U_n)	(bei 100Hz)
Anfangsmessung	343,3	0,019	0,33	0,088
nach 5 000 Blitzen	339,8	0,020	0,32	0,093
nach anseht. Lagerung
bei oberer Grenztemp. 500 h	336,2	0,020	0,34	0,097
nach erneuten 5 000 Blitzen	337,3	0,020	0,31	0,092
nach anschl. Lagerung
bei Raumtemp. 2 000 h	336,7	0,019	0,33	0,087

Die Kondensatoren mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten zeigen ein sehr stabiles Verhalten über einen langen Zeitraum, was die Vorteile des Elektrolyten zusätzlich unterstreicht.

Besonders hervorzuheben sind der für Blitzentladungen maßgebende stabile Ersatzserienwiderstand und das sehr gute Reststromverhalten bei spannungsloser Lagerung, was bei dieser hohen Leitfähigkeit des Elektrolyten sehr beachtlich ist. Weiterhin wurden mit dem Elektrolyten nach Variante 1 noch andere Fotoblitzkondensatoren hergestellt, deren charakteristische Werte in der Tabelle 4 zusammengefaßt sind.

Tabelle 4

	40OpF/	58OmF/	660 uF/
	360 V	360 V	360 V
Kapazität (100 Hz)/mF	450,1	620,4	691,7
Verlustfaktor (100 Hz)	0,018	0,022	0,018
Ersatzserienwiderstand ESR (100 Hz)/Ohm	66,3	56,8	41,8
Scheinwiderstand Z/Ohm bei 25 kHz	0,0396	0,0329	0,0283
Prüfreststrom (5 min, U,N)/mA	0,17	0,26	0,26

Diese Kondensatoren zeigen ein ähnliches Verhalten wie die ausführlich beschriebenen der Type 300pF/360 V.

Mit den Elektrolyten nach den Varianten 2 und 3 wurden SNT-Elektrolytkondensatoren der Type 220 pF/385 V hergestellt. Aus der nachfolgenden Tabelle 5 sind die erreichten Werte zu entnehmen.

Tabelle 5

	Variante 2	Variante 3
Kapazität(100Hz)/MF	223,5	222,0
Verlustfaktor (100 Hz)	0,017	0,020
Ersatzserienwiderstand
ESR(100Hz)/Ohm	126,5	143,9
Prüfreststrom (5min, Un) mA	0,167	0,172
C-Z-Produktbei 1OkHz
+2O⁰C	21,0	25,2
-25⁰C	140,8	211,9
-40°C	549,8	760,7

Nach Dauerprüfung über ca. 2000h bei oberer Grenztemperatur von 85°C zeigten diese Kondenstoren ein sehr stabiles Verhalten. Kapazität, Verlustfaktor und Ersatzserienwiderstand sind gegenüber den Anfangswerten nur geringfügig angestiegen, der Prüfreststrom ist auf ca. ein Viertel abgesunken.

Der Elektrolyt gemäß der Erfindung ist in seinen verschiedenen Varianten durchaus für höhere Spannungen von 385 bis 400V einsetzbar.

Der erfindungsgemäße Elektrolyt zeichnet sich weiterhin durch eine besonders preisgünstige Herstellung, bedingt durch den geringen Gehalt an Borsäure, sowie die Ungefährlichkeit der verwendeten Ausgangsstoffe aus.

Claims

Elektrolyt für Kondensatoren mit hohen Betriebsspannungen auf der Basis Borsäure - Glykol Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß er aus folgenden Substanzen besteht und pro Kilogramm

enthält.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyt für Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensatoren im Temperaturbereich von -4O⁰C bis +85⁰C. Derartige Kondensatoren finden in der Elektrotechnik vielfach Anwendung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Praxis sind Elektrolyts auf der Basis Borsäure-Ammoniak hinreichend bekannt. Eine hohe Funkenspannung ging bislang allerdings stets mit einer relativ niedrigen Leitfähigkeit einher. Wegen der steigenden Forderung nach größerer Kapazität pro Volumeneinheit bei Elektrolytkondensatoren müssen höher aufgerauhte Anodenfolien eingesetzt werden. Die durch die höhere Folienaufrauhung bedingte Erhöhung der Verlustfaktoren bzw. der Scheinwiderstandswerte der Kondensatoren könnte durch Einsatz eines entsprechend höher leitenden Betriebselektrolyten kompensiert werden. Es gibt genügend Beispiele von Elektrolyten mit organischen Lösungsmitteln wie Dimethylformamid, Methylglykol u.a., die diese Forderungen erfüllen, aber auf Grund ihrer Giftigkeit oder Brennbarkeit umfangreiche und kostspielige Sicherheitsmaßnahmen bei der Herstellung und Verarbeitung erforderlich machen. Aus diesem Grunde wird immer wieder nach Wegen und Möglichkeiten gesucht, einen Elektrolyten anzugeben, der bei hoher Leitfähigkeit eine genügend hohe Funkenspannung aufweist, einfach und billig In seiner Herstellung ist und keine giftigen brennbaren oder sonst gefährlichen Bestandteile besitzt. In der DT-OS2251404 erhält ein Hochvolt-Elektrolyt auf der Basis Borsäure- Glykol -Ammoniak durch Zusatz von Mannit eine höhere Funkenspannung, allerdings wird die Leitfähigkeit dadurch herabgesetzt. Die DT-AS 2458452 beschreibt einen Elektrolyten, der durch Entfallen des Kochvorganges bei herkömmlichen Hochvolt-Elektrolyten eine höhero Leitfähigkeit besitzt und dessen Funkenspannung trotzdem noch ausreichend hoch ist. Im Elektrolyten ist allerdings noch ein großer Anteil Borsäure enthalten. In der DT-AS 2641939 wird ein ähnlicher Elektrolyt beschrieben, bei welchem durch Wasserzusatz eine Erhöhung der Leitfähigkeit erreicht wird, ohne daß gleichzeitig die Funkenspannung herabgesetzt wird. Dabei wird aber eine erhebliche Menge an Borsäure und Adipinsäure eingesetzt, während der Einsatz von geringen Mengen an Borsäure bisher nur bei Lösungsmittelelektrolyten, nicht aber bei Elektrolyten auf Basis Borsäure- Glykol -Ammoniak, erprobt wurde. Seit längerer Zeit wird bereits durch die Praxis die Verkleinerung von Bauelementen, u.a. auch von Elektrolytkondensatoren, bei gleichzeitiger Vergrößerung der Kapazität pro Volumeneinheit gefordert. Um dies zu erreichen, werden höher aufgerauhte Anodenfolien eingesetzt. Diese höheren Folienaufrauhungen führen zu einer Erhöhung des Verlustfaktors bei Elektrolytkondensatoren, während eine höhere Leitfähigkeit eine Herabsetzung des Verlustfaktors bewirkt. Mit der Erhöhung der Leitfähigkeit ist aber auch eine Herabsetzung der Funkenspannung verbunden, so daß die Forderungen nach gleichzeitig hoher Funkenspannung und hoher Leitfähigkeit an sich widersprüchlich sind.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, einen Elektrolyten anzugeben, der in einem großen Temperaturbereich einsetzbar ist, eine Verbesserung des Verlustfaktors und insbesondere des Scheinwiderstandes ermöglicht und keine toxischen Eigenschaften aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betriebselektrolyten für Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensatoren anzugeben, welcher bei der erforderlichen hohen Funkenspannung eine möglichst große Leitfähigkeit aufweist. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ein Betriebselektrolyt folgender Zusammensetzung zur Anwendung kommt: