DE1113988B - Elektrolytischer Kondensator - Google Patents
Elektrolytischer KondensatorInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
115590 Vmc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 21. SEPTEMBER 1961
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 21. SEPTEMBER 1961
Die Erfindung bezieht sich auf Elektrolytkondensatoren, bei welchen sich zwischen den Elektroden
ein festes, elektrisch halbleitendes Material befindet und eine dielektrische Schicht zwischen mindestens
einer Elektrode und dem halbleitenden Material angeordnet ist.
Kondensatoren dieses Typs werden als »Kondensatoren mit festem Elektrolyten« bezeichnet, zum
Unterschied von den Kondensatoren, die als leitendes Material einen flüssigen Elektrolyten haben.
Diese Kondensatoren, die eine poröse Elektrode aus Ventilmetall enthalten, auf deren Oberfläche
durch eine Formierungsbehandlung ein dielektrischer Film erzeugt wurde, auf dem sich ein halbleitendes
Oxyd befindet, das seinerseits von einer Metallschicht als zweite Elektrode bedeckt ist, sind bekannt. Als
Material für das halbleitende Oxyd wird Mangandioxyd verwendet.
Das leitende Oxyd, das in Kontakt mit dem dielektrischen Film steht, hat die Aufgabe, dem
letzteren Sauerstoff zuzuführen, so daß die dielektrische Schicht ihre isolierenden Eigenschaften beibehält
und nirgends unterbrochen wird. Sie kann deshalb den flüssigen Elektrolyten ersetzen, welcher
bei den üblichen »nassen« Elektrolytkondensatoren der Schicht infolge elektrolytischer Vorgänge Sauerstoff zuführt.
Das Mangandioxyd hat andererseits den Nachteil, daß seine elektrische Leitfähigkeit nur mäßig ist.
Die damit hergestellten Kondensatoren haben daher noch einen verhältnismäßig großen Verlustfaktor,
der von den Wärmeverlusten, insbesondere bei höheren Frequenzen herrührt. Besser leitende Oxyde
können zwar verwendet werden, jedoch haben diese den Nachteil, daß sie nur schwer Sauerstoff abgeben,
so daß ihre selbstheilenden Eigenschaften nur gering sind.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die gute Leitfähigkeit mit guten selbstheilenden Eigenschaften
dadurch zu verbinden, daß die halbleitende Schicht aus Mangandioxyd einen Zusatz von 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent
Thalliumoxyd hat.
Die weiter unten genannten Mengen der einzelnen Oxyde sind Gewichtsprozente der Mischung.
Ein Oxyd, das hohe Leitfähigkeit aufweist, jedoch keine selbstheilenden Eigenschaften hat, ist das
Thalliumoxyd. Die Leitfähigkeit einer Mischung von 5% Thalliumoxyd und 95% natürlichem Mangandioxyd
ist zehnmal größer als die des reinen natürlichen Mangandioxydes. Die Leitfähigkeit einer
Mischung von 15% Thalliumoxyd und 85% natürlichem Mangandioxyd ist mehr als hundertmal
Elektrolytischer Kondensator
Anmelder:
International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42
Ronald Alfred Hill, Aldwych, London
(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
größer als die des natürlichen Mangandioxyds. Gleichzeitig sind die selbstheilenden Eigenschaften
dieser Mischung ungefähr die gleichen wie die reinen natürlichen Mangandioxyds.
Als Ausfuhrungsform der Erfindung wird im folgenden ein Kondensator beschrieben, der einen gesinterten
porösen Tantalkörper als Anode hat. Die Vorteile der Anordnung solllen im Hinblick auf die
Zeichnungen näher erläutert werden, in denen
Fig. 1 den Verlauf des Verlustfaktors mit der Frequenz und
Fig. 2 die prozentuale Kapazitätsänderung mit der Frequenz darstellt. .
Die innere Oberfläche eines gesinterten porösen Tantalkörpers wird zunächst mit einem dielektrischen
Film von Tantaloxyd durch anodische Behandlung in einer 60%igen Schwefelsäurelösung bei 140° C
erzeugt, wobei eine Kathode aus Platin und eine Spannung von 18VoIt verwendet wird. Auf diese
Weise erhält man einen Kondensator für eine Betriebsspannung von 8 Volt. Die anodische Behänd-?
lung wird so lange fortgesetzt, bis der Strom ungefähr auf 200 Mikroampere abgefallen ist. Dieser Stromwert ist charakteristisch für eine zylindrische Anode
von 7 mm Länge und 3 mm Durchmesser. Die Anode wird dann aus der Lösung herausgenommen und
gründlich gewaschen. Danach wird sie in eine Lösung von Mangannitrat vom spezifischen Gewicht 1,5
eingetaucht, dieThaUiumnitrat in einer Konzentration von 4,76 g pro Liter enthält. Wenn die Anode vollständig
mit der Lösung durchtränkt ist, wird sie 15 Minuten lang in Luft auf 4500C erhitzt, wodurch
sich die Salze zersetzen und in den Poren der
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Anode eine innige Mischung von Mangandioxyd und Thalliumoxyd entsteht. Man erhält so einen Überzug von Mangandioxyd, der 1,2 Gewichtsprozent
Thalliumoxyd enthält. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Konzentration des Thalliumoxyds
zwischen 0,3% und 1,5 Gewichtsprozent liegt. Bei dieser Konzentration sind die fUmbildenden Eigenschaften
des Mangandioxyds unverändert vorhanden, jedoch die Leitfähigkeit ist wesentlich erhöht. Danach
wird der Prozeß der Imprägnierung und Zer-Setzung wiederholt, und die Anode wird anschließend
in einer 5°/oigen Borsäurelösung in üblicher Weise nachformiert.
Der vollständige Verfahrensschritt der ersten Imprägnierung und Zersetzung, der zweiten Imprägnierung
und Zersetzung und der Nachformierung wird dann, wenn nötig, noch ein zweites Mal wiederholt.
Schließlich wird leitendes Material, z. B. Graphit, in üblicher Weise aufgebracht, um einen
Kathodenanschluß mit niedrigem Wiederstand zu erhalten. Die Anode wird hierzu beispielsweise in
eine kolloidale Graphitlösung eingetauscht. Auf dem Graphitüberzug wird die Kathode in Form eines
metallischen Überzuges durchSpritzen oder Schmelzen aufgebracht, wobei zu beachten ist, daß die Anodenführung
von der Kathode isoliert bleibt. Die Anordnung wird dann in ein Gehäuse eingebaut und in
bekannter Weise mit Anoden- und Kathodenanschlüssen versehen.
In Fig. 1 sind zwei Kurven für zwei 50-μΡ-Κοη-densatoren
aus Tantal und mit festem Elektrolyten für 8VoIt Betriebgleichspannung dargestellt. Die
Kurve 1 wurde bei einem Kondensator gemessen, bei dem das halbleitende Oxyd ausschließlich aus Mangandioxyd
bestand, und Kurve 2 bei einem Kondensator, bei welchem das feste, leitende Material aus
einer Mischung von Mangandioxyd mit 1,2 Gewichtsprozent Thalliumoxyd bestand.
Aus den Kurven kann man entnehmen, daß der Verlustfaktor durch den Zusatz von Thalliumoxyd
von 55 auf 28% bei 1 kHz und von 90 auf 84% bei 10 kHz fällt.
Der Zusatz von Thalliumoxyd hat jedoch noch einen zweiten Vorteil. Die Kapazität von gesinterten
Tantalkörpern hängt bekanntlich von der Teilchengröße des verwendeten Tantalpulvers ab. Je geringer
die Teilchengröße ist, desto größer ist die Kapazität des Sinterkörpers pro Volumeneinheit. Bei Versuchen
wurde jedoch gefunden, daß die auf diese Weise vergrößerte Kapazität bei höheren Frequenzen
geringer wird. Dieser Kapazitätsabfall wird durch den Zusatz von Thalliumoxyd in den genannten
Mengen vermindert, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht.
In Fig. 2 sind zwei Kurven für Tantalkondensatoren mit festem Elektrolyten von 50 μΡ und
8 Volt Betriebsspannung dargestellt. Die Kurve 3 'wurde von einem Kondensator erhalten, dessen halbleitendes Oxyd nur aus Mangandioxyd bestand und
die Kurve 4 von einem Kondensator, bei welchem das feste leitende Material aus Mangandioxyd mit
einem Zusatz von 1,2 Gewichtsprozent Thalliumoxyd bestand.
Aus den Kurven kann entnommen werden, daß der Kapazitätsabfall durch den Zusatz von Thalliumoxyd
von 9 auf 2;1% bei 1 kHz und von 65,3 auf 27,3% bei 1OkHz vermindert wurde.
Es ist daher möglich, durch Zusatz eines bestimmten Prozentsatzes an Thalliumoxyd Kondensatoren
mit höherer Kapazität pro Volumeneinheit herzustellen, deren Kapazitätsabfall bei höheren Frequenzen
geringer ist.
Das Thalliumoxyd kann auch ganz oder teilweise durch Ceroxyd ersetzt sein. Bei der Herstellung des
Oxydgemisches wird hierzu Cernitrat verwendet. Durch den Zusatz von Ceroxyd läßt sich die Betriebsspannung
des Kondensators erhöhen.
Obwohl als Ausführungsbeispiel ein poröser Tantalkörper als Anode beschrieben wurde, kann auch
ein anderes filmbildendes Metall verwendet werden, wie z. B. Wolfram, Hafnium, Niob, Titan oder
Zirkon.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Kondensatoren mit Anoden aus porösem gesintertem
Metall beschränkt, sondern es können auch Folien oder Drähte als Anode verwendet werden.
Für die Anode kann auch Aluminium in Form einer Folie oder eines Drahtes an Stelle der obengenannten
filmbildenden Metalle verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht allein auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Claims (4)
1. Elektrolytischer Kondensator mit einer Anode, die mit einem durch anodische Behandlung
hergestellten dielektrischen Film überzogen ist, der eine halbleitende Schicht aus Mangandioxyd
trägt, welche ihrerseits mit einer elektrisch gutleitenden Kathode bedeckt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht aus Mangandioxyd einen Zusatz von 0,3 bis 1,5 Gewichtsprozent
Thalliumoxyd hat.
2. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode
aus einem porösen Körper aus Sintermetall besteht.
3. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anode aus einem der Metalle Tantal, Wolfram, Niob, Hafnium, Titan, Zirkon oder Aluminium
besteht.
4. Elektrolytischer Kondensator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Thalliumoxyd teilweise durch Ceroxyd ersetzt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1091097;
USA.-Patentschriften Nr. 1845067, 2005 279,
575, 2075 351, 2076905.
Französische Patentschrift Nr. 1091097;
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 689/187 9.
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Publications (1)
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| DE1113988B true DE1113988B (de) | 1961-09-21 |
Family
ID=25981222
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1113988B (de) |
Cited By (2)
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-
1958
- 1958-10-31 DE DEI15590A patent/DE1113988B/de active Pending
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