DE1101619B

DE1101619B - Verfahren zum Herstellen einer Elektrode mit grosser Oberflaeche fuer einen Elektrolytkondensator

Info

Publication number: DE1101619B
Application number: DEN14852A
Authority: DE
Inventors: Salomon Boone
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1957-03-30
Filing date: 1958-03-26
Publication date: 1961-03-09

Description

Verfahren zum Herstellen einer Elektrode mit großer Oberfläche für einen Elektrolytkondensator Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode mit großer Oberfläche aus Tantal oder Niob für einen Elektrolytkondensator, bei dem auf einen Kern, der vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die Elektrode besteht, aus einer Suspension eine Schicht einer Verbindung eines dieser Metalle aufgebracht und durch Erhitzen in eine poröse Metalloberfläche umgewandelt wird.
Es ist bekannt, daß bei den erwähnten Metallen, im Gegensatz zu Aluminium, durch ein Ätzverfahren eine hinreichend große Oberflächenvergrößerung nicht erzielbar ist. Mechanische Aufrauhverfahren liefern ebenfalls keine guten Ergebnisse. Bekanntlich ist bei diesen Metallen eine große wirksame Oberfläche durch Sintern eines Pulvers erzielbar. Dabei wird die Elektrode z. B. dadurch hergestellt, daß sie als Ganzes aus diesem Pulver gepreßt wird, aber häufig z. B. auch dadurch, daß auf einen massiven Kern, der vorzugsweise aus dem gleichen Metall besteht, eine Pulverschicht aufgebracht und dann gesintert wird.
Es ist ebenfalls bekannt, einen porigen Metallkörper, der nach dem Formieren eine Elektrode für einen Elektrolytkondensator bildet, dadurch herzustellen, daß eine Verbindung des Ventilmetalls, z. B. das Oxyd, mit Hilfe eines Zusatzes eines Reduktionsmittels, z. B. Aluminium, zu Metall reduziert wird. Der Sinterkörper wird auf diese Weise aber leicht mit Fremdmetalloxyden verunreinigt, weil diese Oxyde beim Sintern schwierig zu entfernen sind.
Üblicherweise wird eine Schicht eines Ventilmetalls durch Pressen auf den Kern aufgebracht. Es ist jedoch vorteilhaft, insbesondere wenn eine dünne poröse Oberflächenschicht gewünscht ist, diese Schicht aus einer Suspension aufzubringen. Dies kann einfach durch Eintauchen in die Suspension oder durch Elektrophorese erfolgen.
Ein Nachteil der Anwendung von Suspensionen von Metallen und insbesondere von schweren Metallen, wie Tantal, liegt darin, daß das üblicherweise verfügbare Pulver nicht so feinkörnig ist und auch nicht leicht derart zerkleinert werden kann, wie dies zum Erhalten hinreichend stabiler Suspensionen notwendig ist.
Gemäß der Erfindung kann bei dem eingangs erwähnten Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit großer Oberfläche aus Tantal oder Niob dieser Nachteil dadurch verringert werden, daß als Metallverbindung ein Metallhydrid verwendet wird, das durch Erhitzung im Vakuum oder in einer inerten Gasattnosphäre in Metall umgewandelt wird, wobei sich eine poröse gesinterte Metallschicht ergibt.
Ein Vorteil der Anwendung der Hydride von Tantal oder Niob ist der, daß diese Stoffe sehr spröde sind und leicht zu der geringen Korngröße zerkleinert werden können, die für die Herstellung einer Suspension erforderlich ist. Aus diesen Suspensionen läßt sich das Hydrid sehr gut durch Elektrophorese fällen, was zum Anbringen dünner gleichmäßiger Schichten besonders wichtig ist.
Ein weiterer Vorteil der Anwendung von Hydriden ist, daß diese Verbindungen beim Erhitzen nur gasförmige Nebenprodukte abgeben, die den Sinterkörper nicht verunreinigen und keinen nachteiligen Einfluß auf die dielektrischen Eigenschaften ausüben.
Unter Hydriden sind hier die Produkte zu verstehen, die durch Wasserstoffaufnahme des Metalls bei Temperaturerhöhung erzielbar sind. Die maximale Wasserstoffmenge, die aufgenommen werden kann, ist bei den in Betracht kommenden :Metallen verschieden. Für die Anwendung der Erfindung ist es nicht erforderlich, daß die maximale Wasserstoffmenge aufgenommen worden ist, es soll jedoch eine so große Menge aufgenommen werden, daß das Produkt spröde und leicht pulverisiert ist.
Die Verwendung des Hydrids an Stelle des Metalls hat nicht zur Folge, daß eine zusätzliche Behandlung durchgeführt werden muß. Die Hydride der erwähnten Metalle zersetzen sich bereits bei Temperaturen unterhalb der Sintertemperatur; da die Zersetzung der Hydride und das Sintern der Metalle beides im Vakuum oder in einer inerten Gasatmosphäre erfolgen müssen, genügt somit ein einziger Arbeitsgang.
Durch die Anwendung der Erfindung ist es möglich, Elektroden für Elektrolytkondensatoren in Form von Folie, Draht oder Stäbchen herzustellen, die eine wirksame Oberfläche aufweisen, die im Mittel um das Fünfzigfache oder sogar Hundertfache größer ist als die mit nichtporösem Material erzielbare Oberfläche. Die erzielte Oberflächenvergrößerung ist selbstverständlich von den bei der Zersetzung und dem Sintern angewandten Temperaturen abhängig.
Beispiel I Einer Menge von 100 ccm Methylalkohol werden 1,5 1:g pulvriges Tantalhydrid mit einer mittleren Korngröße von 1 Mikron und 5 ccm 0,01 n-Aluminiumnitratlösung zugesetzt. Nach Rühren ergibt sich eine sehr stabile Suspension.
Ein 0,3 mm starker Tantaldraht wird auf einer Länge von 25 mm zusammen mit einer Silberelektrode in diese Suspension eingetaucht; diese Elektroden werden mit der negativen bzw. positiven Klemme einer Gleichstromquelle verbunden. Bei einer Spannung von 200 Volt wird bei einer Stromdichte von 100 mA/cm2 der Tantaldraht elektrophoretisch mit einer etwa 10 Mikron dicken Tantalhydridschicht überzogen. Anschließend wird der überzogene Tantaldraht im Vakuum 3 Minuten lang auf eine Temperatur von 1900° C erhitzt, wobei das Tantalhydrid in eine poröse Tantalschicht umgewandelt wird.
Nach Formierung bei einer Spannung von 6 Volt in einer gesättigten NaCl-Lösung ergibt sich eine Tantalanode, deren Oberfläche um das Sechzigfache größer ist als die eines formierten, nicht mit einer porösen Schicht versehenen Tantaldrahtes, wie sich aus vergleichenden Kapazitätsmessungen herausstellte. Beispiel II 3 g eines Gemisches aus 320 g Polystyrol, 500 ccm Benzol und 12 ccm Trikresylphosphat werden mit 6 ccm Benzol verdünnt. Es werden 6 g pulvriges Tantalhydrid mit einer mittleren Korngröße von 1 Mikron zugesetzt und das Gemisch umgerührt.
Ein Tantaldraht mit einem Durchmesser von 0,3 mm wird durch Eintauchen in die Tantalhydridsuspension auf einer Länge von 25 mm mit einer etwa 50 Mikron starken Schicht überzogen. Nach Trocknen wird im Vakuum 2 Minuten auf eine Temperatur von 2000° C erhitzt. Bei .dieser Erhitzung verschwindet das Polystyrol unter Zersetzung, und das Tantalhydrid wird in eine poröse Tantalschicht umgewandelt.
Nach Formierung bei einer Spannung von 6 Volt in einer gesättigten Na Cl-Lösung ergibt sich eine Tantalanode, deren Oberfläche um etwa das Siebzigfache größer ist als die Oberfläche eines formierten, nicht mit einer porösen Schicht versehenen Tantaldrahtes, wie aus vergleichenden Kapazitätsmessungen hervorging.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode mit großer Oberfläche aus Tantal oder Niob für einen Elektrolytkondensator, bei dem auf einen Kern, der vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die Elektrode besteht, aus einer Suspension eine Schicht einer Verbindung eines dieser Metalle aufgebracht und durch Erhitzen in eine poröse Metalloberfläche umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbindung ein Metallhydrid verwendet wird, das durch Erhitzen im Vakuum oder in einer inerten Gasatmosphäre in Metall umgewandelt wird, wobei sich eine poröse gesinterte Metallschicht ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrid durch Elektrophorese auf dem Kern niedergeschlagen wird.
3. Elektrolytkondensator mit mindestens einer Elektrode, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 277 400; britische Patentschriften Nr. 508 075, 687 827; USA.-Patentschrift Nr. 2 461410.