Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

электролитический конденсатор

Классы МПК:H01G9/02 диафрагмы; сепараторы
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Приоритеты:
подача заявки:
1992-05-21
публикация патента:

Использование: в радиоэлектронной технике, в частности в конструкции электролитических конденсаторов (ЭК). Сущность изобретения: ЭК содержит оксидированный анод и катод, раделенные пористой полимерной прокладкой и помещенные в электролит. Поры прокладки выполнены цилиндрическими или коническими, их геометрические оси составляют с перпендикуляром к поверхности прокладки углы, меньшие или равные 30o, а суммарная площадь поверхности прокладки, занимаемая порами, Sпор, см2, выбрана из соотношения Sпор = (0,03 - 0,30)Sпрокл, где Sпрокл - площадь поверхности прокладки, см2. Такая конструкция ЭК позволяет уменьшить его эквивалентное сопротивление и увеличить его емкость. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2052852

Рисунок 1, Рисунок 2

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве электролитических фольговых конденсаторов.

Известен электролитический фольговый конденсатор, содержащий оксидированный анод и катод, разделенные пористой прокладкой и помещенные в электролит, в котором прокладка выполнена из целлюлозной бумаги.

Использование этого материала для изготовления прокладки не может быть признано оптимальным по ряду причин. Прочностные свойства бумажных прокладок таковы, что приходится использовать достаточно толстые прокладки, в результате чего объем прокладочного материала в типичных конструкциях составляет электролитический конденсатор, патент № 2052852 65% объема конденсатора, существенно ограничивая его удельную емкость.

Использование бумажных прокладок предопределяет выбор нейтральных рабочих электролитов, которые обладают большим удельным сопротивлением. В сочетании с толстой бумажной прокладкой, пропитанной электролитом, это приводит к большим последовательным сопротивления Rs. Для оксидного электролитического конденсатора

Rs= R+ электролитический конденсатор, патент № 2052852 (1) где R сопротивление прокладки, пропитанной электролитом, Ом;

tg электролитический конденсатор, патент № 2052852ox тангенс угла диэлектрических потерь оксидного диэлектрика (обычно tg электролитический конденсатор, патент № 2052852ox электролитический конденсатор, патент № 2052852 0,01);

электролитический конденсатор, патент № 2052852- циклическая частота, рад электролитический конденсатор, патент № 2052852с-1;

Сох емкость оксидного диэлектрика, Ф. При его малой толщине и большой диэлектрической постоянной Сох электролитический конденсатор, патент № 2052852 1-103 мкФ.

Из выражения (1) следует, что Rs в области звуковых и более высоких частот определяется сопротивлением прокладки, пропитанной рабочим электролитом, которое определяется соотношением

R электролитический конденсатор, патент № 2052852 электролитический конденсатор, патент № 2052852 электролитический конденсатор, патент № 2052852 (2) где электролитический конденсатор, патент № 2052852 удельное сопротивление электролита, Ом электролитический конденсатор, патент № 2052852см;

электролитический конденсатор, патент № 2052852 толщина прокладки, см;

S площадь прокладки, см2;

электролитический конденсатор, патент № 2052852- коэффициент электрического сопротивления.

В связи с тем, что коэффициент электролитический конденсатор, патент № 2052852 зависит от толщины прокладки, информативным для величины R является произведение электролитический конденсатор, патент № 2052852,электролитический конденсатор, патент № 2052852, которое определяется материалом и особенностями структуры пор прокладки. При этом следует отметить нетехнологичность тонких бумажных прокладок из-за плохих прочностных характеристик и ограничений по применению электролитов только нейтрального состава. Перечисленные недостатки влияют на стабильность рабочих электрических параметров конденсатора и его надежность.

Известен электролитический конденсатор, принятый за прототип, включающий оксидированный анод и катод, разделенные прокладкой, выполненной из пористого полипропилена, помещенные в электролит.

Применение прокладки из пористого полимерного материала позволяет использовать кислые электролиты, обладающие малым удельным сопротивлением электролитический конденсатор, патент № 2052852 по сравнению с нейтральными. Однако наличие пор самой разнообразной формы, образованных нитевидными полипропиленовыми волокнами, не позволяет значительно уменьшить толщину прокладки, а следовательно, и уменьшить эквивалентное последовательное сопротивление и увеличить емкость конденсатора.

Задачей изобретения является разработка такой конструкции электролитического конденсатора, которая позволила бы уменьшить эквивалентное последовательное сопротивление Rs, увеличить емкость конденсатора С и улучшить температурно-частотные характеристики конденсатора.

Поставленная задача решается тем, что в электролитическом конденсаторе, содержащем оксидированные анод и катод, разделенные пористой полимерной прокладкой и помещенные в электролит, поры прокладки выполнены цилиндрическими или коническими, угол между геометрическими осями пор и перпендикулярном к поверхности прокладки меньше или равен 30о, а площадь поверхности прокладки, занимаемая порами, Sпор, см2, выбрана из соотношения

Sпор (0,03-0,30) Sпрокл, где Sпрокл площадь поверхности прокладки, см2.

Выполнение в прокладке сквозных цилиндрических или конических пор (путем, например, бомбардировки прокладки ускоренными тяжелыми ионами с последующим химическим травлением их треков) позволяет уменьшить Rs за счет малой толщины прокладки электролитический конденсатор, патент № 2052852 и очень низкого значений электролитический конденсатор, патент № 2052852. Это связано с тем, что для полимерной прокладки в первом приближении электролитический конденсатор, патент № 2052852 определяется отношением Р Sпор/Sпрокл.

Нижняя граница Рmin (3%) определяется необходимостью обеспечить значение электролитический конденсатор, патент № 2052852, меньшее или равное электролитический конденсатор, патент № 2052852min, где электролитический конденсатор, патент № 2052852min минимальное значение коэффициента электрического сопротивления для известных прокладочных материалов. Верхняя граница Рmax (30%) определяется требованием обеспечения достаточной прочности, необходимой для использования конкретной металлической конденсаторной фольги, и технологией сборки прибора

Выбор диапазона величины угла электролитический конденсатор, патент № 2052852 определяется следующим Методы ядерной технологии изготовления пор в прокладке конденсатора позволяют получать поры, геометрическая ось которых составляет с перпендикуляром к поверхности минимальный угол, обычно равный нескольким градусам. Наклон пор под углом электролитический конденсатор, патент № 2052852, большим 30о, ведет к возрастанию электролитический конденсатор, патент № 2052852 более чем на 30% что нежелательно. Таким образом, оптимальный диапазон величин угла электролитический конденсатор, патент № 2052852 составляет угол, меньший или равный 30о. Это условие удачно сочетается с методикой изготовления пористой пленки ядерными методами.

Рабочий температурный диапазон конденсаторов с прокладкой, обладающей указанной системой пор, шире в области низких температур, чем диапазон рабочих температур конденсаторов с обычной прокладкой. Возможно это связано с известным эффектом присутствия незамерзающей прослойки воды между твердой фазой электролита и стенками капилляра. Эти прослойки представляют собой граничную фазу льда, структура которого настолько изменена под действием поверхности поры, что осуществляется переход из кристаллического в жидкое состояние. Теорий этого явления для электролитов, находящихся в сильных электрических полях, характерных для конденсаторных структур, пока не существует.

В предлагаемом устройстве электрического оксидного конденсатора увеличение емкости осуществляется за счет уменьшения примерно в 4 раза объема прокладочного материала.

На фиг. 1 показан электролитический конденсатор в аксонометрии; на фиг. 2 представлена прокладка в разрезе.

Электролитический конденсатор включает оксидированный анод 1 и катод 2, разделенные пористой полимерной прокладкой 3. Анод 1 и катод 2 снабжены соответственно контактами 4 и 5. Перегородка 3 из полимерного материала выполнена со сквозными цилиндрическими или коническими порами 6 (фиг.2).

Ниже приведены примеры конкретного осуществления заявляемого электролитического конденсатора.

Для конденсаторной прокладки с цилиндрическими сквозными порами значение коэффициента электролитический конденсатор, патент № 2052852 может быть получено из простых физических представлений. Поскольку электролитический конденсатор, патент № 2052852 показывает увеличение сопротивления смоченной электролитом прокладки по отношению к сопротивлению электролита, величина этого коэффициента обратно пропорциональна величине Р, пропорциональна отношению длины микропор к толщине пленки, т.е. пропорциональна (cos электролитический конденсатор, патент № 2052852)-1, и пропорциональна отношению электрического поля в конденсаторе к компоненте электрического поля, направленной вдоль оси пор. Это отношение также равно (cos электролитический конденсатор, патент № 2052852 )-1. Таким образом

электролитический конденсатор, патент № 2052852= (Р cos2 электролитический конденсатор, патент № 2052852)-1. (3)

С увеличением электролитический конденсатор, патент № 2052852 коэффициент электролитический конденсатор, патент № 2052852 увеличивается. Так, при возрастании электролитический конденсатор, патент № 2052852 от нескольких градусов до 30о электролитический конденсатор, патент № 2052852 возрастает на 33% Этим обусловлен выбор значений электролитический конденсатор, патент № 2052852, не превышающих 30о.

П р и м е р. Был изготовлен пленочный оксидный конденсатор, состоящий из двух металлических фольг толщиной 20 мкм, одна из которых оксидирована и служит анодом, и прокладкой между ними, выполненной из лавсана толщиной 10 мкм, со сквозными цилиндрическими порами 0,56 мкм. Среднее значение угла электролитический конденсатор, патент № 2052852 между геометрическими осями пор и перпендикуляром к поверхности составляло 15о (имеет место разброс величины электролитический конденсатор, патент № 2052852 от 0 до 30о). Значение Р составляло 4% т.е. поверхность прокладки, занимаемая порами, была 0,04 Sпрокл.

Измеренный для этого конденсатора коэффициент электролитический конденсатор, патент № 2052852 имел значение электролитический конденсатор, патент № 2052852 32. Эта величина коэффициента электролитический конденсатор, патент № 2052852 в пределах ошибок измерений Рs,электролитический конденсатор, патент № 2052852 Р и электролитический конденсатор, патент № 2052852 хорошо совпадает со значением электролитический конденсатор, патент № 2052852, вычисленным по формуле (3): электролитический конденсатор, патент № 2052852 27. При значениях Р 10% и Р 30% для коэффициента электролитический конденсатор, патент № 2052852 вычисленного на основании формулы (3), получают соответственно электролитический конденсатор, патент № 2052852= 11 и электролитический конденсатор, патент № 2052852 3,6. У конденсатора, принятого за прототип, электролитический конденсатор, патент № 2052852 6.

Применение прокладки со сквозными цилиндрическими порами с указанными в формуле диапазонами электролитический конденсатор, патент № 2052852 и Sпор существенно улучшает использование объема конденсатора. Учитывая, что в конденсаторной сборке используются две прокладки, суммарная толщина сборки рассмотренного выше конденсатора составляет 60 мкм.

В конденсаторе, принятом за прототип, были использованы прокладки из пористого полипропилена. Необходимую прочность эти прокладки достигали при суммарной толщине 50 мкм. Толщина сборки в этом случае составляет 90 мкм.

Таким образом, применение прокладки со сквозными цилиндрическими порами увеличивает эффективность использования объема конденсатора и, следовательно, увеличивает емкость конденсатора по сравнению с прототипом на 50%

Проведены измерения внутреннего сопротивления конденсатора, рассмотренного выше, в зависимости от температуры. Увеличение Rs при понижении температуры от комнатной до t -60оС составляет 50% в то время как для конденсатора с обычно используемой прокладкой из конденсаторной бумаги и таким же электролитом это увеличение составляет электролитический конденсатор, патент № 2052852 200% Подобная тенденция однако в меньшей степени наблюдается и для конденсатора с пористой полипропиленовой прокладкой. Так, при снижении tо от 24 до -40,5оС (для более низких tо данных отсутствуют) сопротивление Rs для такого конденсатора увеличивается на 185% а для конденсатора с таким же электролитом и бумажной прокладкой Rs увеличивается на 640%

Таким образом, использование прокладки с цилиндрической формой сквозных пор существенно увеличивает диапазон рабочих температур в сторону низких температур.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР, содержащий оксидированный анод и катод, разделенные пористой полимерной прокладкой и помещенные в электролит, отличающийся тем, что поры прокладки выполнены цилиндрическими или коническими, угол между геометрическими осями пор и перпендикуляром к поверхности прокладки меньше или равен 30o, а суммарная площадь поверхности прокладки, занимаемая порами Sпор, выбрана из соотношения

Sпор = (0,03 - 0,30) Sпрокл,

где Sпрокл - площадь поверхности прокладки, см2.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H01G9/02 диафрагмы; сепараторы

Патенты РФ в классе H01G9/02:
триалкоксисиланы, способ получения катодной обкладки на основе полиэтилендиокситиофена с силановым подслоем и оксидный конденсатор с такой катодной обкладкой -  патент 2500682 (10.12.2013)
токосъемник отрицательного электрода для гетерогенного электрохимического конденсатора и способ его изготовления -  патент 2492540 (10.09.2013)
микропористая полимерная мембрана, модифицированная водорастворимым полимером, способ ее изготовления и применение -  патент 2470700 (27.12.2012)
способ изготовления конденсаторов низких потерь из основного вещества, порошок тантала и конденсатор -  патент 2154871 (20.08.2000)
двойнослойный конденсатор с расплавленным электролитом -  патент 2130211 (10.05.1999)
конденсатор с двойным электрическим слоем -  патент 2130210 (10.05.1999)
конденсатор высокой удельной энергоемкости -  патент 2121727 (10.11.1998)
электролит для оксидного алюминиевого конденсатора и способ получения электролита -  патент 2082246 (20.06.1997)
состав для формирования органического полупроводникового катодного покрытия в оксидных конденсаторах с твердым электролитом -  патент 2039386 (09.07.1995)

Наверх