Elektrolyt für elektrolytische Kondensatoren Gegenstand der Erfindung
ist ein Elektrolyt für elektrolytische Kondensatoren für tiefe Temperaturen.Electrolyte for electrolytic capacitors is the subject of the invention
is an electrolyte for electrolytic capacitors for low temperatures.
Für elektrolytische Kondensatoren werden im allgemeinen Elektrolyte
verwendet, die aus schwachen Säuren, insbesondere Borsäure bzw. deren Salzen und
Alkoholen, vorzugsweise Glykol oder Glycerin, zusammengesetzt sind. Diese Bestandteile
werden einem Kochprozeß unterworfen, durch den sie zum Teil verestert werden und
gleichzeitig dickflüssigere Konsistenz annehmen, indem das Lösungs- und Esterwasser
entsprechend der angewendeten Kochtemperatur sich verflüchtigt. Derartige Elektrolyte
sind für den Betrieb in Kondensatoren bei tiefen Temperaturen nicht brauchbar, da
sie zu zähflüssig werden und zum Teil auskristallisieren, wodurch ihre Leitfähigkeit
unter das geforderte Minimum absinkt, und Korrosionsgefahr für das verwendete Elektrodenmaterial
besteht. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden bereits Wege beschritten, den beschriebenen
Elektrolyten durch Lösen in nicht wäßrigen Lösungsmitteln, z. B. ein- oder mehrwertigen
Alkoholen, Äthern, Estern, Ketonen usw., zu verdünnen und damit sowohl die Leitfähigkeit
auf den gewünschten Wert zu erhöhen als auch gleichzeitig die Korrosionsgefahr durch
Auskristallisieren bei tiefen Temperaturen zu verhindern. Derartige Lösungsmittel,
wie z. B. Methylglykal, ergeben im allgemeinen eine Erweiterung des Betriebstemperaturbereiches
der Kondensatoren bis etwa - 40°C, jedoch wird die obere Grenze der Betriebstemperatur,
die für die Tieftemperatur-Elektrolytkondensatoren -f- 70°C beträgt, infolge des
erhöhten Dampfdruckes, den derartige Lösungsmittel aufweisen, eingeschränkt. Gleichzeitig
tritt bei Absinken der Temperatur unter etwa - 10° C ein sprunghafter Kapazitätsrückgang
ein, der es erschwert, die gemäß DIN-Vorschriften für Temperaturen von - 40° C zugelassenen
Werte für den Kapazitätsabfall einzuhalten. In analoger Weise steigt mit fallender
Temperatur der Verlustfaktor beachtlich an. Um die genannten Nachteile beheben zu
können, war man bereits um ein geeignetes Lösungsmittel bemüht, das den Elektrolyt
auch für einen erweiterten Temperaturbereich verwendbar macht. Zunächst wurde aber
nur das Lösungsmittel Furfurylalkohol gefunden, das wohl für weit höhere Betriebstemperaturen
als bisher brauchbar ist, jedoch nicht für tiefere.Electrolytes are generally used for electrolytic capacitors
used, the weak acids, especially boric acid or its salts and
Alcohols, preferably glycol or glycerin, are composed. These components
are subjected to a cooking process through which they are partially esterified and
at the same time take on a thicker consistency by adding the solution and ester water
volatilizes according to the cooking temperature used. Such electrolytes
are not suitable for operation in capacitors at low temperatures because
they become too viscous and partially crystallize, reducing their conductivity
drops below the required minimum, and there is a risk of corrosion for the electrode material used
consists. To avoid these disadvantages, ways have already been taken, the one described
Electrolytes by dissolving in non-aqueous solvents, e.g. B. mono- or polyvalent
Alcohols, ethers, esters, ketones, etc., dilute and thus both the conductivity
to increase to the desired value and at the same time reduce the risk of corrosion
Prevent crystallization at low temperatures. Such solvents,
such as B. methylglycal, generally result in an expansion of the operating temperature range
of the capacitors down to about - 40 ° C, but the upper limit of the operating temperature,
which for the low-temperature electrolytic capacitors -f- is 70 ° C, due to the
increased vapor pressure that such solvents have limited. Simultaneously
When the temperature drops below about - 10 ° C, a sudden drop in capacity occurs
one that makes it difficult to use the DIN regulations for temperatures of - 40 ° C
The values for the drop in capacity must be observed. In an analogous way increases with decreasing
Temperature, the loss factor increases considerably. To remedy the mentioned disadvantages
can, one was already trying to find a suitable solvent that the electrolyte
also makes it usable for an extended temperature range. But first it was
only the solvent furfuryl alcohol was found, which is probably for much higher operating temperatures
than is usable up to now, but not for deeper ones.
In dem weiteren Bestreben, ein Lösungsmittel zu finden, das sowohl
für relativ hohe als für besonders tiefe Betriebstemperaturen geeignet ist, wurden
entsprechende Versuche an einer Reihe von verschiedenen Substanzen durchgeführt
und dabei folgende Erkenntnisse gewonnen: Zur Herstellung von Elektrolyten für den
genannten Zweck hat es sich als notwendig erwiesen, solche Elektrolyte zu verwenden,
bei denen der Grundelektrolyt mit einem solchen Lösungsmittel verdünnt ist, das
gleichzeitig einen Siedepunkt >_ '.- 90° C und einen Erstarrungspunkt von mindestens
-70°C - möglichst jedoch noch tiefer - hat, das außerdem hydrophilen Charakter trägt,
d. h. mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar ist und sich weder selbst noch durch
seine Umsetzungsprodukte auf die übrigen Komponenten des Elektrolyten oder die Aufbaumaterialien
des Kondensators schädlich auswirkt. Diese Forderungen werden gemäß der Erfindung
dadurch erfüllt, daß als Lösungsmittel für den Grundelektrolyten bzw. für die Herstellung
des Grundelektrolyten Allylalkohol verwendet wird. Einen brauchbaren Elektrolyten
erhält man z. B. durch Mischen von kristalliner Borsäure mit Glykol in einem Gewichtsverhältnis
von 1 : 2 und Zugabe von konzentriertem Ammoniak bis zum pH 6,0. Diese Bestandteile
werden bis zum Erreichen einer Temperatur von + 130 bis 135° C erwärmt und nach
dem Erkalten in der doppelten Gewichtsmenge Allylalkohol gelöst. Die Leitfähigkeit
dieser Lösung beträgt bei '-. 30° C etwa 1900 gS/cm, bei - 40° C etwa 63 gS/cm und
bei -60°C etwa 10 gS/cm. Die Funkenspannung eines so hergestellten Elektrolyten,
gemessen an glatten Aluminium-Elektroden, liegt bei 470 bis 500 V. Kondensatoren
(6/8 V, glatte Folie), die mit dem beschriebenen Elektrolyten hergestellt wurden,
ergaben für -40°C einen Kapazitätsabfall von etwa 22-1/o gegenüber der Kapazität
bei Raumtemperatur (zulässig nach den DIN-Vorschriften ist
ein Kapazitätsabfall
von 50 %). Der Verlustfaktor dieser Kondensatoren hat bei - 40° C einen Wert von
etwa 0,4 ... 0,5, der ebenfalls sehr günstig liegt.In the further endeavor to find a solvent that is suitable for both relatively high and particularly low operating temperatures, corresponding tests were carried out on a number of different substances and the following findings were made: For the production of electrolytes for the purpose mentioned, it has been found proved necessary to use electrolytes in which the base electrolyte is diluted with such a solvent that has a boiling point> _ '.- 90 ° C and a freezing point of at least -70 ° C - but if possible even lower - has also has a hydrophilic character, ie it is miscible with water in any ratio and does not have a harmful effect either itself or through its reaction products on the other components of the electrolyte or the construction materials of the capacitor. According to the invention, these requirements are met in that allyl alcohol is used as the solvent for the base electrolyte or for the production of the base electrolyte. A usable electrolyte is obtained, for. B. by mixing crystalline boric acid with glycol in a weight ratio of 1: 2 and adding concentrated ammonia to pH 6.0. These components are heated until a temperature of + 130 to 135 ° C is reached and, after cooling, dissolved in twice the amount by weight of allyl alcohol. The conductivity of this solution is at '-. 30 ° C about 1900 gS / cm, at -40 ° C about 63 gS / cm and at -60 ° C about 10 gS / cm. The spark voltage of an electrolyte produced in this way, measured on smooth aluminum electrodes, is 470 to 500 V. 22-1 / o compared to the capacity at room temperature (according to DIN regulations, a capacity drop of 50% is permitted). The loss factor of these capacitors has a value of about 0.4 ... 0.5 at - 40 ° C, which is also very favorable.
Für Hochvolt-Kondensatoren fallen diese Werte noch wesentlich besser
aus. Besondere Korrosionserscheinungen nach Dauerversuchen unter Temperaturwechsel
und teilweiser stromloser Lagerung konnten an den Aufbaumaterialien der Kondensatoren
nicht festgestellt werden. Es ist ferner möglich, auch den Alkohol des Grundelektrolyten
(meist Glykol und Glycerin) durch Allylalkohol zu ersetzen, wobei dieser mit der
Borsäure oder anderen geeigneten Säuren bzw. deren Salzen teilweise verestert wird.
Beim Betrieb von elektrolytischen Kondensatoren können unter Umständen chemische
Umwandlungen des Elektrolyten durch den Einfluß des Ionenstromes hervorgerufen werden.
Vor allem sind Oxydationserscheinungen an der Anode des Kondensators zu erwarten,
welche bei Verwendung der üblichen Alkohole, Glykol usw. als Lösungsmittel leicht
zur Bildung von Fettsäuren führen, die ihrerseits teilweise ein ungünstiges Korrosionsverhalten
hervorrufen können. Die Oxydation des ungesättigten Allylalkohols führt unter dem
Einfiuß des Anodenpotentials bevorzugt zunächst zur Aufspaltung der Doppelbindung,
wobei unter anderem zuerst gesättigte mehrwertige Alkohole, die keine korrodierenden
Eigenschaften besitzen, gebildet werden.For high-voltage capacitors, these values are even better
the end. Particular signs of corrosion after long-term tests with temperature changes
and partial electroless storage could be caused by the construction materials of the capacitors
cannot be determined. It is also possible to use the alcohol of the base electrolyte
(mostly glycol and glycerine) to be replaced by allyl alcohol, this with the
Boric acid or other suitable acids or their salts is partially esterified.
When operating electrolytic capacitors, chemical
Conversions of the electrolyte are caused by the influence of the ion current.
Above all, oxidation phenomena are to be expected at the anode of the capacitor,
which easily when using the usual alcohols, glycol, etc. as solvents
lead to the formation of fatty acids, some of which in turn have an unfavorable corrosion behavior
can evoke. The oxidation of the unsaturated allyl alcohol leads under the
Influence of the anode potential first of all to split the double bond,
where among other things first saturated polyhydric alcohols, which are not corrosive
Possess properties, are formed.