DE2641939C2 - Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensator - Google Patents

Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensator

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Description

enthält.
Die Erfindung betrifft einen Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensator, insbesondere Blitzlicht-Elektrolytkondensator, bestehend aus aufgewickelten Lagen \o einer gegebenenfalls aufgerauhten Anodenfolien, welche mit einer dielektrisch wirksamen Oxidschicht versehen ist, einer Kathodenfolie, sowie Abstandshaltern, welche mit einem Äthylenglykol, Borsäure, Adipinsäure, Ammoniak und Phosphorsäure enthalten- .vs den Betricbsclektrolyt getränkt sind.
Die Lichtausbeute bei Blitzlichtgeräten wird unter anderem durch den Verlustfaktor des verwendeten Blitzlicht-Elektrolytkoridensators bestimmt. Durch Herabsetzung des Verlustfaktors läßt sich damit die Lichtausbeute erhöhen.
Andererseits stellt sich seit Jahren zunehmend die Forderung nach Verkleinerung von Bauelementen, d. h. aber bei Elektrolytkondensatoren nach größerer Kapazität pro Volumeneinheit. Um dies zu erreichen, werden höher gerauhte Anodenfolien eingesetzt. Höhere Folienaufrauhungen bedingen allerdings auch eine Erhöhung der Verlustfaktoren bei Elektrolytkondensatoren. Es ist bekannt, daß die Leitfähigkeit des verwendeten Betriebselektrolyts die ohmschen Anteile des Verlustfaktors in dem Sinne beeinflußt, daß eine höhere Leitfähigkeit eine Erniedrigung des Verlustfaktors zur Folge hat. Mit der Erhöhung der Leitfähigkeit ist aber im allgemeinen eine Erniedrigung der Funkenspannung verbunden, so daß die Forderungen >s nach gleichzeitig hoher Leitfähigkeit und hoher Funkenspannung an sich widerspruchlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betriebselektrolyt für Hochvolt-Aluminiutiielektrolytkondensatoren und insbesondere für Blitzlichtelektrolytkondensatoren anzugeben, welcher bei der erforderlichen hohen Funkenspannung eir.c möglichst große Leitfähigkeit aufweist. Er <;oll den Einsatz der Kondensatoren im Temperaturbereich von -40 bis +85 C ermöglichen, und er soll weiterhin eine niedrige Viskosität aufweisen, damit die <>s Imprägnierung der Kondensatorwickel schnell vonstatten gehen kann. Der Elektrolyt soll auch bei längerem Stehen bei Raumtemperatur (z. B. Fertigungspausen, Lagerung) nicht auskristallisieren, er soll einfach und billig herzustellen sein und keine giftigen, brennbaren oder sonst gefährlichen Bestandteile enthalten.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Hochvolt-Aluminiumelektroiytkondensator erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Betriebselektrolyt Wasser zugesetzt ist und daß er je Kilogramm Elektrolyt
9,0 bis 11,0 Mol Äthylenglykol,
2,0 bis 5,0 Mol Borsäure,
0,1 bis 0,5 MoI Adipinsäure,
0,9 bis 1,5 Mol Ammoniak,
0,05 bis 0,15MoI Phosphorsäure und
4,0 bis 6,0 Mol Wasser
enthält.
Es ist zwar aus der SU-PS 3 03 662 ein Betriebselektrolyt für Aluminiumelektrolytkondensatoren bekannt, welcher aus 10 bis 120 Gewichtsteilen Äthylenglykol, 1 bis 10 Gewichtsteilen Borsäure, 1 bis 10 Gewichtsteilen Adipinsäure, 2 bis 10 Gewichtsteilen Ammoniak und 1 bis 2 Gewichtsteilen Phosphorsäure besteht. Dieser Elektrolyt weist jedoch nicht die erforderliche Leitfähigkeit auf, um den Verlustfaktor entsprechend abzusenken.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch den erfindungsgemäßen Betriebselektrolyt, der durch Wasserzusatz erhalten wird, eine Erhöhung der Leitfähigkeit erreicht wird, ohne daß gleichzeitig die Funkenspannung herabgesetzt wird. Bisher wurde von der Annahme ausgegangen, daß Wasserzusätze infolge der Erhöhung der Leitfähigkeit die Funkenspannung von Betriebselektrolyten beträchtlich herabsetzen, denn, wie aus der Fachliteratur bekannt, ist die Funkenspannung umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit.
Betriebselektrolyte gemäß der Erfindung weisen demgegenüber bei Funkenspannungen von 400 bis 420 V Leitfähigkeitswerte bis zu 4,7 mS/cm bei +300C und 0,045 mS/cm bei -4O0C auf, was gegenüber den bisher eingesetzten Elektrolyten einer Verbesserung um den Faktor 2 bei +300C und um den Faktor 3 bis 5 bei — 400C entspricht, womit gleichzeitig die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit vermindert ist.
Als Funkenspannung wird diejenige Spannung bezeichnet, bei der an einem in dem betreffenden Elektrolyt als Anode geschalteter gerauhten und formierten Anodenfolienprüfling (Schnittkante nicht formiert) bei 85° C erste sichtbare Funken entstehen.
Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Betriebselektrolyte dadurch aus, daß sie nicht mehr zur Kristallisation neigen, was ihre Handhabung bei der Fertigung wesentlich erleichtert, da das bei Auskristallisation notwendige Wiederauflösen durch Erwärmung entfällt. Durch den erhöhten Wasser- und Äthylenglykol-Anteil ist außerdem ihre Viskosität so weit herabgesetzt, daß eine schnelle Imprägnierung auch großer Kondensatorwickel gewährleistet ist.
Die Herstellung der Betriebselektrolyte gemäß der Erfindung gestaltet sich besonders einfach, da die entsprechenden Mengen Borsäure, Adipinsäure, Ammoniak, Phosphorsäure und Wasser in das auf ca. 900C erwärmte Äthylenglykol eingerührt werden. Ein Kochprozeß, wie er bei früher verwendeten Hochvolt-Betriebselektrolyten üblich war, entfällt ganz.
Die erfindungsgemäßen Betriebselektrolyte zeichnen sich weiterhin durch eine preisgünstige Herstellung und Ungefährlichkeit der verwendeten Ausgangsstoffe aus.
Weitere Vorteile von Betriebselektrolyten gemäß der Erfindung werden an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele aufgezeigt
Ausführungsbeispiel 1
Ein Betriebselektrolyt, der pro Kilogramm 10,7 Mol Äthylenglykol, 2,06 Mol Borsäure, 0,49 Mol Adipinsäure, 1,09 Mol Ammoniak, 0,09 Mol Phosphorsäure und 6,0 Mol Wasser enthält wird in der oben angerührten Weise hergestellt. Seine Leitfähigkeit beträgt bei + 30°C4,7 mS/cm und bei -40°C0,045 mS/cm. Mit ihm imprägnierte Blitzlichtelektrolytkondensatoren der Nenndaten 2700 μΡ/385 V haben einen Verlustfaktor tan ό (gemessen bei 120Hz) von 8,4% und einen Scheinwiderstand Z (gemessen bei 10 kHz) von 0,33 Ohm. Die Reststrommessungen Im bzw. /«(gemessen 1 bzw. 5 Minuten nach angelegter Nennspannung) ergeben 2,70 bzw. 0,86 mA.
Ausführungsbeispiel 2
Ein Betriebselektrolyt, der pro Kilogramm 9,5 Mol Äthylenglykol, 4,61 Mol Borsäure, 0,18 Mol Adipinsäure, 1,06 Mol Ammoniak, 0,08 Mol Phosphorsaure und 4,2 Mol Wasser enthält, wird in der oben angeführten Weise hergestellt. Seine Leitfähigkeit bei +30'C beträgt 3,6 mS/ctv. und bei -400C 0,024 mS/cm. Mit ihm imprägnierte Blitzlichtelektrolytkondensat< ren der Nenndaten 720 μΡ/360 V haben einen Verlusuaktor tan ό von 4,6% und einen Scheinwiderstand Zvon 0,06 Ohm. Die Reststrommessungen Im bzw. /R5 ergeben 1,06 bzw. 0,49 mA.
Ausführungsbeispiel 3
Mit einem Betriebselektrolyt der gleichen Zusammensetzung wie im Ausführungsbeispiel 1 werden Hochvolt-Elektrolytkondensatoren der Nenndaten 22 μΡ/350 V imprägniert. Sie haben einen Verlustfaktor tan ό von 1,8% und einen Scheinwiderstand Zvon 0,7 Ohm.Die Reststrommessungen Im bzw. /«ergeben 0,15 bzw. 0,06 mA.
Ausführungsbeispiel 4
Ein Betriebselektrolyt, der pro Kilogramm 9,4 Mol Äthylenglykol, 4,85 Mol Borsäure, 0,18 Mol Adipinsäure, 1,38 Mol Ammoniak, 0,08 Mol Phosphorsäure und 4,2 Mol Wasser enthält, wird in der oben angegebenen Weise hergestellt Seine Leitfähigkeit beträgt bei + 30°C 4,3 mS/cm und bei -40°C 0,033 mS/cm. Mit ihm imprägnierte Hochvolt-Elektrolytkondensatoren der Nenndaten 22 μΡ/350 V haben einen Verlustfaktor tan ό vcn 2,2% und einen Scheinwiderstand Z von 0,6 Ohm. Die Reststrommessungen /«i bzw. /« ergeben 0,13 bzw. 0,05 mA.
Ausführungsbeispiel 5
Mit einem Betriebselektrolyt der gleichen Zusammensetzung wie im Ausführungsbeispiel 2 getränkte Blitzlichtelektrolytkondensatoren der Nenndaten 2000 μΡ/360 V wurden zur Untersuchung ihres Alterungsverhaltens einer spannungslosen Lagerung über 16 Wochen bei Raumtemperatur unterzogen. Nach jeweils 4 Wochen wurden Zwischenmessungen ihrer Kapazität C, ihres Verlustfaktors tan ό und ihres Reststromes Im vorgenommen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt
Zeit C/μ? tan ό/% /r/γπΑ
Wochen
0 2011 10,3 2.9
4 1893 13.0 3.1
8 1845 13,7 3.4
12 1830 14,4 2,1
16 1870 14.2 2.2
In der Figur ist ein teilweise aufgerollter Elektrolytkondensator dargestellt.
Der Kondensator 1 wird durch Aufwickeln der Elektrodenfolie 2,3 mit Abstandshaltern 4,5 hergestellt. An den Elektrodenfolien 2, 3 sind Stromzuführungen 6, 7 angebracht Die im fertigen Kondensator als Anode dienende Folie ist mit einer dielektrisch wirksamen Schicht aus Aluminiumoxid versehen, welche in einem Formierprozeß auf die Folie aufgebracht wurde. Zweckmäßigerweise wird die Anode.l.olie vor der Formierung zur Erzielung einer höheren Kapazität aufgerauht. Je nach Anwendungszweck kann aber auch die Kathodenfolie aufgerauht bzw. mit einer Oxidschicht bedeckt sein. Die Zwischenlagen 4, 5 bestehen aus einem saugfähigen Material, wie z. B. Papier und sind mit dem Betriebselektrolyt getränkt.
iiiurzu i Biau /.eichnuneun

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Hochvolt-Aluminiumelektrolytkondensator, insbesondere Blitzlichtelektrolytkondensator, beste- > hend aus aufgewickelten Lagen einer gegebenenfalls aufgerauhten Anodenfolie, welche mit einer dielektrisch wirksamen Oxidschicht versehen ist, einer Kathodenfolie, sowie Abstandshaltern, welche mit einem Äthylenglykol, Borsäure, Adipinsäure, Am- ι ο moniak und Phosphorsäure enthaltenden Betriebselektrolyt getränkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betriebselektrolyt Wasser zugesetzt ist und daß er pro Kilogramm Elektrolyt
    IS
    9,0 bis 11,0 Mol ÄthylenglyKol,
    2,0 bis 5,0 Mol Borsä-ire,
    0,1 bis 0,5 Mol Adipinsäure,
    0,9 bis 1,5 Mol Ammoniak,
    0,05 bis 0,15MoI Phosphorsäure und jo
    4,0 bis 6,0 Mol Wasser
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