DE1589671A1

DE1589671A1 - Elektrolyt fuer Kondensatoren

Info

Publication number: DE1589671A1
Application number: DE19671589671
Authority: DE
Inventors: Chesnot Bernard Franco Gustave
Original assignee: SAFCO CONDENSATEURS
Current assignee: SAFCO CONDENSATEURS
Priority date: 1965-04-30
Filing date: 1967-12-20
Publication date: 1970-10-22
Also published as: BE680339A; DE1280277B; DE1589671B2; NL6801840A; DK121766B; GB1104212A; GB1204212A; NL6605832A; ES349567A1; DE1589671C3; FR1518840A; US3546119A

Description

PATENTANWALT

Dr. Ai:d ;. cshi (29 üt2/cn)

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Telefon ZioüO2/U3

Patentanmeldung der Firma

LE3 -JONDSNSATEURS SIG-SAFCO,

91 ei 1OTi rue Bellevue, Colombes (Hauts-de-Seiiie) -Frctnkr'eich-

LES OOHDENSATEURS SIC-SAPCO

Elektrolyt für Kondensatoren

Priorität: Prankreich, vom 13· Februar 1967

Die Erfindung betrifft die Kondensatoren mit einem sehr wenig wasserhaltigen Elektrolyten und bezweckt, das Arbeiten derartiger Kondensatoren während langer Monate bei einer hohen lemperatur in der Groesenordnung von 125° C zu ermöglichen» wobei die Kondensatoren unter diesen Bedingungen vollkommen stabile Eigenschaften behalten und ausserdem sehr niedrige Temperaturen aushalten können, z.B. etwa -55° 0.

Damit ein Kondensator mit einem sehr wenig

wasserhaltigen Elektrolyten bei 125° 0 arbeiten kann, kann offenbar der Elektrolyt keine grosse Wassermenge enthalten, ein·

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kleine Wassermenge ist jedoch unerlässlich, um die Anodenschicht neu zu bilden, wie dies der nachstehende Versuch beweist, dessen lehre der Erfindung zugrundeliegt·

Wenn man ein Probestück aus einer glatten

Aluminiumfolie in einem Bad anodisiert, welches aus geschmolzenem auf 200° C gehaltenem Triisopropanolaminborat besteht, stellt man fest, dass sich anodische Aluminiumoxydfilme bis zu Spannungen in der Grössenordnung von 600 V bilden können. Nachdem man jedoch auf diese Weise eine gewisse Zahl von Probestücken formiert hat, stellt man fest, dass die Formierung nicht mehr möglich ist, und die Aluminiumprobe bedeckt sich mit bräunlichen Streifen, während der elektrische Strom auf einem hohen konstanten Wert bleibt.

Die physikalischen und chemischen Untersuchungen zeigen, dass das Triisopropanolaminborat keine seiner Eigenschaften, wie Schmelzpunkt oder Farbe verloren hat, und dass es sich nicht zersetzt hat. Es hat sich nun gezeigt, dass es möglich ist, eine normale Formierung dadurch wieder zu erhalten, dass man dem geschmolzenen Bad eine kleine Menge Borsäure zusetzt, welche sich bei dieser Temperatur unter Wasserabgabe in Hetaborsäure verwandelt, während bei unmittelbarem Zusatz dieser letzteren anstatt Borsäure die Formierung unmöglich bleibt. Es ist also tatsächlich diese kleine durch die Wasserabgabe der Borsäure freigesetzte Wassermenge, welche die anodische Formierung ermöglicht .

In einem Kondensator sucht bei einem längeren Arbeiten bei 125° C diese unerlässliche kleine Wassermenge gleichzeitig durch Verdampfung und durch Elektrolyse zu vereonwinden. Es ist dann sehr wichtig, dass die Zusammensetzung

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des Elektrolyten so beschaffen ist, dass das ursprüngliche Wassergleichgewicht der wesentlichen Bestandteile des Kondensators bei derartigen Temperaturen so gut wie möglich aufrecht erhalten bleibt. Wenn dies nicht der Pail ist, beobachtet man entweder eine vorzeitige Zerstörung des Kondensators durch Aufschauklung des Leckstroms oder durch eine unzulässige Trift seiner elektrischen Kenngrössen.

Erfindungsgemäss wird der Gehalt des Elektrolyten an Wasser angenähert dadurch konstant gehalten, dass man diesem eine chemische Verbindung zusetzt, welche sich unter der Wirkung von Temperaturen in der Grössenordnung von 125° C zersetzt und dabei Wasser freigibt und einen Rückstand zurücklässt, welcher gelöst bleibt, ohne das elektrochemische Arbeiten des Elektrolyten zu beeinflussen, wobei der Anteil und das Lösungsmittel der betreffenden Verbindung so gewählt sind, dass ihre Wasserabgabe praktisch die Wasserverluste des Kondensators ausgleicht .

Eine chemische Verbindung, welche hierfür bes. gut geeignet ist, ist die Borsäure, welche sich unter Wasserabgabe in Metaborsaure gemäss folgender Reaktion verwandelt:

B O₅ Hj »· B O₂ H + H₂ 0

Beispielshalber sei angeführt, dass das

γ-Butyrolakton, das γ-Valerolakton und das N-Methylpyrrolidon für die Borsäure Bindemittel darstellen können, welche das erfindungsgemäss e Wassergleichgewicht herstellen können. Beispiel 1

Ein Elektrolyt, welcher bis zu einer Höchstepannung von 400 V benutzt werden kann, hat folgende molekulare

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.4- 1Ö89R71

Zusammensetzung:

Butyrolakton 11

Äthylenglykol 0,80

Borsäure 2

Tributylamin 0,36

wobei der Borsäureanteil zwischen 0,5 und 10 Molekülen, vorzugsweise zwischen 1 und 4 Molekülen, und der Anteil an Tributylamin zwischen 0,1 und 2 Molekülen liegen kann und vorzugsweise 0,2 bis 1 Molekül beträgt.

Häufig ist aus löslichkeitsgründen Xthylenglykol oder ein anderes Zusatzlösungsmittel in kleinen Mengen erforderlich.

Zur Senkung des spezifischen Widerstands des Gemische kann man diesem andere Anionenerzeuger zusetzen, wie Essigsäure, Akrylsäure, Buttersäure, Zitronensäure, Isovaleriansäure, Milchsäure, Maleinsäure, Phosphorsäure, phosphorige Säure, Propionsäure, Weinsäure und n-Yaleriansäure. Man beobachtet dann die überraschende Tatsache, dass die Stabilität der Kenngrossen bei 125° C noch verbessert wird, wahrscheinlich weil diese anderen Anionen^erzeuger keine Reaktion erleiden, welche sie verändern kann, während sich die Borsäure bei dieser Temperatur sehr langsam in Metaborsaure umwandelt.

In diesem Pail werden die oberen Grenzen für

die Zusammensetzung für 11 Moleküle Butyrolakton folgendermessen abgeändert: 0,1 bis 10 Moleküle (vorzugsweise 0,2 bis 4 Moleküle) Borsäure, 0 bis 4 Moleküle für den oder die sekundären Anionenerzeuger und 0,1 bis 4 Moleküle für den oder die Kationenerzeuger.

Die Art der Kationenerzeuger hat keine besondere Bedeutung, vorausgesetzt, dass sie bei 125° 0 stabil sind

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und mit den benutzten Anionenerzeugem in den benutzten Lösungsmitteln lösliche Verbindungen ergeben. Diese Bedingungen werden z.B. von Tributylamin und Triäthylamin erfüllt.

Die Zusammensetzung des Beispiels 1 kann zahlreiche Abwandlungen erfahren, wofür die nachstehenden Beispiele 2 und 3 einen Hinweis geben. Beispiel 2

Butyrolakton 11 Moleküle

Äthylenglykol 0,80

Borsäure 1,9

Essigsäure 0,1

Tributylamin 0,36

Der Zusatz ^i Essigsäure verbessert die

Eigenschaften des Elektrolyten hinsichtlich der Kristallisationsgefahr bei -55⁰C. Die Lebensdauer bei 125° C ist wenigstens gleich der des Elektrolyten des Beispiels Beispifel 3

Burtyrolakton 11 Moleküle

Xthylenglykol 0,80

Borsäure 1,0

Milchsäure 1,8 Phosphorsäure 0,02 Triäthylamin 0,80

Der Zusatz von Milchsäure und Phosphorsäure verbessert die Konstanz der Impedanz bei den verschiedenen Temperaturen erheblich, die höchste Betriebsspannung wird aber auf 50 7 gesenkt.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden, für welohe die angegebenen Beispiele nur als Hinweis gedaoht

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sind. Um die Vorteile aufzuzeigen, welche die Erfindung in der Praxis verschafft, sei ein Versuch angeführt, bei welchem Wickel von Elektrolytkondensatoren von 20 μΡ für 100 V mit den Elektrolyten Wr. 1 und 2 getränkt, in zylindrische Behälter von 11 mm Durchmesser und 32 mm länge gebracht, mittels eines synthetischen Elastomers verschlossen und während 10 Stunden bei 85° C neu formiert wurden. Hierauf wurden sie bei|125° C auf ihre Nennspannung gebracht, und es wurde eine negative Trift von 10 # an dem Kapazitätswert festgestellt, während der Verlustfaktor (bei 100 Hz und 20° C gemessen) von 0,06 auf 0,0g in einem Zeitraum von 5000 h für den Elektrolyten Nr. 2 gegen 2000 h für den Elektrolyten Nr. 1 überging.

Bei einem zweiten Versuch, welcher an kleineren Kondensatoren (6,35 mm Durchmesser und 18 mm Länge) von 3 p& für 100 V vorgenommen wurde, welche mit dem Elektrolyten Nr. 2 getränkt waren, wurden die gleichen. Triften der Kenngrössen nach 3500 Versuchsstunden bei 125° C festgestellt.

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Claims

Patentansprüche

Γΐ.)j Sehr wenig wasserhaltiger Elektrolyt für Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, dass er in Lösung eine chemische Verbindung enthält, welche durch die Wirkung der hohen Betriebstemperaturen des Kondensators sich unter Freisetzung von Wasser zersetzt und einen Rückstand übriglässt, welcher gelöst bleibt, wobei der Anteil und das Lösungsmittel dieser Verbindung so gewählt sind, dass ihre Wasserabgabe praktisch die Wasserverluste des Kondensators ausgleicht, ohne das elektrochemische Arbeiten des Elektrolyten bei diesen Temperaturen zu beeinflussen.
2.)Elektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich unter Freisetzung von Wasser zersetzende Verbindung Borsäure ist.
3.)Elektrolyt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure in γ-Butyrolakton oder γ-Valerolakton gelöst ist.
4.)Elektrolyt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure in N-Methylpyrrolidon gelöst ist.
5.) Elektrolyt nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Zusatzlösungsmittel enthält, z.B. Äthylenglykol.

6_#) Elektrolyt nach Anspruch 1 bie 5, dadurch

gekennzeichnet, dass er ausserdem einen Anionenerzeuger enthält, z.B. Essigsäure, Acrylsäure, Buttersäure, Zitronensäure, Ieovaleriansäure, Milchsäure, Maleinsäure, Phosphorsäure, phosphorige Säure, Propionsäure, Weinsäure und n-Valertnsäure.

Patentanwalt Dr. Andrejewsi.i 009843fOAS L