DE2131160A1

DE2131160A1 - Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE2131160A1
Application number: DE19712131160
Authority: DE
Inventors: Panow Alexej Alexandrowitsch; Prudnikow Pawel Alexewitsch; Ewitsch Gerliwanow Wadi Grigor; Chlopin Michail Iwanowitsch; Sachiew Alexandr Sergeewitsch; Ewitsch Wawilow Wladimir Wasil
Original assignee: CHLOPIN MICHAIL IWANOWITSCH; GERLIWANOW WADIM GRIGOR EWITSC; PANOW ALEXEJ ALEXANDROWITSCH; PRUDNIKOW PAWEL ALEXEEWITSCH; SACHIEW ALEXANDR SERGEEWITSCH; WAWILOW WLADIMIR WASIL EWITSCH
Current assignee: CHLOPIN MICHAIL IWANOWITSCH; GERLIWANOW WADIM GRIGOR EWITSC; PANOW ALEXEJ ALEXANDROWITSCH; PRUDNIKOW PAWEL ALEXEEWITSCH; SACHIEW ALEXANDR SERGEEWITSCH; WAWILOW WLADIMIR WASIL EWITSCH
Priority date: 1970-07-23
Filing date: 1971-06-23
Publication date: 1972-02-24
Also published as: GB1307149A; FR2099296A5; IT942564B; NL7108549A; BG17685A3; BE768913A; CS168807B1

Description

Patentanwälte

DIpJ.-Inct. R. BEETZ sen. Dip!~!n£. K. LArviP.iECHT

Dr.-Ing. R. ti E E T Z jr. München 22, Steinsdorfsir. 10

530-17.213P 23.6.I97I

Vladimir

l Vasil'evic Vavilov, UdSSR, Moskau, Leninskij prospekt,_ä56, kv. 139, Ingenieur 2. Vadim Grigor'evic Gerlivanov, UdSSR, Moskau, ulica Marii Ul'janovo^ 16, kv. 31, Ingenieur 3.Al£ksej Aleksandrovic Panov, UdSSR, Novosibirsk, ulica Kirova, 76, kv. 73, Ingenieur Q-. Pavel Alekseevic Prudnikov, UdSSR, Novosobirsk, ulica Vatutina, 33/2,_Akv.l2, Ingeniuer 5. Aleksandr Sergeevic Sachiev, UdSSR, Moskau', ulica Marii Ul¹ janovoj, 16, kv.JjT. Ingenieur δΤ Michail Ivanovic Khlopin, UdSBR,"Novosibirsk, ulica B.ßogatkova, 25, kv.47, Inge*Luer

Elektrolytkondensator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektrolytkondensator mit positiver Elektrode aus gesinterten Aluminiumteilchen.

Elektrolytkondensatoren mit positiver Elektrode aus technischer Aluminiumfolie sind weitgehend bekannt. Im Vergleich mit Elektrolytkondensatoren, bei denen die positive Elektrode aus Tantal besteht, weisen sie schlechtere elektrische Eigenschaften auf.

Die Verwendung einer positiven Elektrode aus gesinterten Teilchen hochreinen Aluminiums (mit einer Reinheit von 99,9999) verbessert die elektrischen Kennwerte der Elektro-

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lytkondensatoren, führt jedoch zu einer wesentlichen Erhöhung ihrer Herstellungskosten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Elektrolytkondensatoren ohne Erhöhung ihrer Fertigungskosten, indem die positive Elektrode des Elektrolytkondensators aus technischem Aluminium hergestellt wird, da Kondensatoren mit derartigen Elektroden annähernd gleiche elektrische Eigenschaften wie Elektrolytkondensatoren mit positiver Tantalelektrode ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die positive Elektrode aus Aluminiumteilchen besteht, die an der Oberfläche eine Oxydschicht (Al₂O,,) mit einer Dicke unter 100 A aufweisen.

Das Vorhandensein dieser Oxydschicht ermöglicht es, eine gleichmäßige Front gesinterter Aluminiumteilchen zu erhalten, und ergibt eine große Steigerung der spezifischen Kondensatorkapazität.

Die besten Ergebnisse kann man bei einer Oxydschichtdicke von kO - 70 A* erhalten.

Bei Vergrößerung der Schichtdicke über 100 A* sinkt die spezifische Kondensatorladung unter 500 /uC/cm . Dabei verringern sich sprunghaft auch die Festigkeitseigenschaften der Elektrode bei Schwingungs- und Stoßbelastungen.

Die Bildung der ΑΙ,,Ο,,-Oberflächenoxydschicht mit einer Dicke unter k0 A* ist technologisch ziemlich kompliziert

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und führt außerdem zu einem gewissen Anstieg von Leckströmen (ungefähr bis 15 /uC/cm ) .

Zweckmäßigerweise kann legiertes Aluminium mit Zusätzen von schwerschmelzenden Übergangsmetallen der IV. und V. Gruppe des Periodensystems der Elemente in der Menge von
Of1 - 3 $ vom Aluminiumgewicht benutzt werden.

Diese Zusätze verbessern die dielektrischen Eigenschaften der Oberflächen-Aluminiumoxydschicht.

Von den Übergangsmetallen können einzeln oder in Kombination Titan, Niobium, Zirkonium und Tantel genommen
werden.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung
einiger Ausfuhrungsbeispiele und anhand einer Zeichnung
mit der Darstellung des Elektrolytkondensators näher erläutert.

Der Kondensator enthält eine positive Elektrode 1 und eine negative Elektrode 2, die durch ein festes Dielektrikum 3 voneinander getrennt sind. Die positive und die negative Elektrode haben Stromzuführungen k und 5, wobei die Verbindung der Stromzuführung mit der negativen Elektrode
über einen Übergangskontakt 6 erfolgt.

Die positive Elektrode ist aus gesinterten Aluminiumteilchen von vorwiegend Kugelform ausgeführt, die eine
Oxydschicht Al-O« mit einer Dicke von !»Ο - 7O A* aufweisen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kondensators näher betrachtet:

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Ausführungsbeispiel 1:

Man stellt eine Aluminiumschmelze mit einer Reinheit

9^99 qft,ft5
von — her. Die Aluminiumschmelze wird mit Hilfe eines komprimierten und bis auf eine Temperatur von 300 bis 500 °C.erwärmten Edelgasstromes mit 0,5 Gew.-^ Sauerstoff zerstäubt. Die sich bei der Zerstäubung bildenden Teilchen führt man einem flüssigen kohlenwasserstoffhaltigen Stoff, z. B. Benzin, zu. Der kurzzeitige Kontakt der geschmolzenen Aluminiumteilchen mit dem erwähnten Gas ruft beim geringen Partialdruck des Sauerstoffs ihre selektive Oxydierung hervor, wobei an der Oberfläche der entstehenden kugelförmigen Aluminiumteilchen sich eine einphasige Oxydschicht Al„0„ von hoher Reinheit und einer Dicke unter 100 A bildet. Die auf diese Weise erzeugten Aluminiumteilchen werden zur Erhaltung zylindrischer Formteile in einem Ofen gesintert. Nach einer Formierung, z. B. unter Durchfluß eines elektrischen Stromes, verwendet man die zylindrischen Formteile als positive Elektroden.

In der Tabelle 1 werden elektrische Kennwerte einer auf dife beschriebene Weise erzeugten positiven Elektrode angeführt. ,

	Verlust winkel L 7" J	, Tabelle	1	Leckstrom	13	Spezifische Ladung [/uC/cm3j
	8 - 10,5			8 -		600 - 1100
Kapazi tät Γ/uFj	Betriebs spannung [VJ
100	6,3 - 30

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Ausführungsbeispiel 2:

Man stellt eine Aluminiumschmelze mit einer Reinheit ) %99 - 99/995

von her. In diese Schmelze wird Tantal in einer Menge von 0,1 $ vom Gewicht der Aluminiumschmelze eingeführt. Nach der Auflösung des Zusatzes und nach sorgfältiger Durchmischung der Schmelze erfolgt die im Beispiel 1 beschriebene Zerstäubung zur Gewinnung von kugelförmigen Aluminiumteilchen mit Oxydschicht an der Oberfläche. Auf diese Weise erhält man mit Tantel legierte Aluminiumteilchen.

In der Tabelle 2 werden elektrische Daten einer nach der obigen Beschreibung erzeugten positiven Elektrode angeführt.

Tabelle 2

Kapazität

[_/Uf]

Verlust winkel

Betriebs spannung

Leckstrom

Spezifische Ladung

100

6,5

6,3 - 30

6,0

600 - 1100

Das Legieren von Aluminium mit Tantal oder mit anderen schwerschmelzenden Elementen ohne Bildung der Oxydschicht ergibt keine wesentliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der positiven Elektrode. Dies ist dadurch zu erklären, daß bei der Formierung an der Oberfläche der Aluminiumteilchen einzelne Gebilde aus Oxyden

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der im Aluminium enthaltenen Zusätze entstehen. Dabei muß auch berücksichtigt werden, daß die erfindungsgemäße Elektrode aus Aluminium mit einer Reinheit von nur gefertigt wird. Ό

Ausführungsbeispiel 3:

Das Verfahren zur Herstellung der Elektrode ist ähnlich der im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Herstellungsweise nur mit dem Unterschied, daß anstelle von Tantal in die Schmelze Niobium als Legierungszusatz in der Menge von 0,3 $ vom Gewicht der Schmelze eingeführt wird.

Die Tabelle 3 enthält elektrische Kennwerte dieser positiven Elektrode.

Tabelle 3

Kapazi- Verlust- Betriebs- _T , . Spezifische

tat winkel spannung becKstrom Ladung

[/UF] M [V] [_/UAj [/uC/cn,³]

bis tOO 3,k 6,3-30 8,2 600 - 1100

Ausführungsbeispiel ki

Das Verfahren zur Herstellung der Elektrode ist ähnlich dem im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Herstellungsverfahren, nur mit dem Unterschied„ daß anstelle von

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- Is '

Tantel in die Schmelze Zirkonium als Legierungszusatz in der Menge von 0,5 $ vom Gewicht der Schmelze eingeführt wird.

Die Tabelle k enthält elektrische Kennwerte dieser positiven Elektrode.

Tabelle k

Kapazi- Verlust- Betriebs- _T , . Spezifische tat winkel spannung ^ecKstrom Ladung

[v] [/ua] [/uC/cm³]

bis 100 8,8 6,3-30 5,2 600 - 1100

Ausführungsbeispiel 5?

Das Verfahren zur Herstellung der Elektrode ist ähnlich dem im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Herstellungsverfahren, nur mit dem Unterschied, daß die Aluminiumschmelze mit einem Gemisch von Tantal- und Titanzusätzen in der Menge von 0,25 bzw. 0,1^ vom Gewicht der Schmelze legiert wird.

In der Tabelle 5 sind elektrische Kennwerte dieser positiven Elektrode angeführt.

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Tabelle 5

Kapazx- Verlust- Betrxebs- _T , . Spezifxsche

"I... . , ι Leckstrom , ,

tat winkel spannung Ladung

[_/UF] M ' [v] [/UA] [/uC/cm³]

bis 100 7,9 6,3 - 30 5,0 600 - 1100

Ausführungsbeispiel 6:

Die Herstellung der Elektrode ist ähnlich dem im Ausführungsbeispiel 2 beschriebenen Verfahren, nur mit dem Unterschied, daß in die Schmelze Titan als Legierungszusatz in der Menge von 3,0 £ vom Gewicht der Schmelze eingeführt wird.

In der Tabelle 6 sind elektrische Kennwerte dieser positiven Elektrode angeführt.

Tabelle 6

Käpazi- Verlust- Betriebs- _T . . Spezifische tat winkel spannung ^ecKSTrom Ladung

[/UF]	M	6	[v]	30	18	[/uC/cm³]
bis 100	15	,3 -		600 - 1100

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Bei Vergrößerung der Anteile von Legierungszusätzen über 3 Gew.-$ werden die elektrischen Kennwerte der positiven Elektroden schlechter, wahrscheinlich wegen einer unvermeidlichen Erhöhung der Temperatur der zu legierenden Aluminiumschmelze zwecks vollständiger Auflösung der Zusätze.

Die Steigerung der Temperatur in der Schmelze führt im folgenden zur Vergrößerung der Dicke der Oxydschicht an der Oberfläche der Teilchen von Aluminiumpulver über 100 £.

Ausführungsbeispxel 7'·

Das Verfahren zur Herstellung der Elektrode ist ähnlich dem im Ausführungsbeispxel 2 beschriebenen Herstellungsverfahren, nur mit dem Unterschied, daß in die Schmelze Tantal, Titan, -Zirkonium, Niobium oder ihre Mischungen als Legierungszusätze in der Menge von 0,1 $ vom Gewicht der Schmelze eingeführt werden.

Die elektrischen Kennwerte dieser positiven Elektrode sind ungefähr oder völlig gleich den in der Tabelle 1 angeführten Daten, ·

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Claims

Patentansprüche

1 Λ Elektrolytkondensator mit einer aus einer Masse von gesinterten Aluminiumteilchen gebildeten positiven
Elektrode und einer davon elektrisch isolierten negativen Elektrode, dadurch gekennzeichnet , daß die positive Elektrode aus Aluminiumteilchen hergestellt ist, die an der Oberfläche eine Al₂0_-0xydschicht mit
einer Dicke unter 100 A aufweisen.
2. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die Dicke der Oxydschicht höchstens 40 - 70 A beträgt.
3. Elektrolytkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Aluminiumteilchen mit einzeln oder in Kombination genommenen Zusätzen von schwerschmelzenden Übergangsmetallen der IV. und V. Gruppe des Periodensystems der Elemente in einer Menge von 0,1 - jp # vom Aluminiumgewicht legiert sind.

h. Elektrolytkondensator nach Anspruch 3, dadurch

" gekennzeichnet, daß die Zusätze Tantel, Niobium, Zirkonium, Titan oder deren Gemische sind.

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