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DE1113988B - Elektrolytischer Kondensator - Google Patents

Elektrolytischer Kondensator

Info

Publication number
DE1113988B
DE1113988B DEI15590A DEI0015590A DE1113988B DE 1113988 B DE1113988 B DE 1113988B DE I15590 A DEI15590 A DE I15590A DE I0015590 A DEI0015590 A DE I0015590A DE 1113988 B DE1113988 B DE 1113988B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrolytic capacitor
anode
manganese dioxide
oxide
thallium oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEI15590A
Other languages
English (en)
Inventor
Ronald Alfred Hill
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Standard Electric Corp
Original Assignee
International Standard Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB2526757A external-priority patent/GB835076A/en
Application filed by International Standard Electric Corp filed Critical International Standard Electric Corp
Priority to DEI15590A priority Critical patent/DE1113988B/de
Publication of DE1113988B publication Critical patent/DE1113988B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/0029Processes of manufacture
    • H01G9/0036Formation of the solid electrolyte layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

INTERNAT. KL. HOIg
DEUTSCHES
PATENTAMT
115590 Vmc/21g
ANMELDETAG: 31. OKTOBER 1958
BEKANNTMACHUNG
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
Ronald Alfred Hill, Aldwych, London
(Großbritannien),
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
109 689/187
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)

PATENTANSPRÜCHE:
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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 689/187 9.
DEI15590A 1957-08-09 1958-10-31 Elektrolytischer Kondensator Pending DE1113988B (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEI15590A DE1113988B (de) 1957-08-09 1958-10-31 Elektrolytischer Kondensator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB2526757A GB835076A (en) 1957-08-09 1957-08-09 Electrolytic capacitors
DEI15590A DE1113988B (de) 1957-08-09 1958-10-31 Elektrolytischer Kondensator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1113988B true DE1113988B (de) 1961-09-21

Family

ID=25981222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEI15590A Pending DE1113988B (de) 1957-08-09 1958-10-31 Elektrolytischer Kondensator

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DE (1) DE1113988B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1167304B (de) 1964-04-09 Karl Heinz Pluemer Mangel-Mulde
DE1240992B (de) 1963-09-27 1967-05-24 Fujitsu Ltd Verfahren zur Herstellung einer festhaftenden, halbleitenden Schicht auf der Anode eines Trockenkondensators

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