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《Hi,我是電解電容器》之十三:鉭電解電容器

2021/09/29
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電解液作為負極的鋁電解電容器總是存在壽命問題、性能隨溫度變化,漏電流、可承受紋波電流小等問題。隨著應用領域,特別是軍工領域和高可靠應用領域,鋁電解電容器顯得有些力不從心。于是產生新的替代想法。電解電容器最大的特點就是電容量大。除了鋁以外所有的“閥金屬”,在理論上都可以做成電解電容器。而鋁電解電容器則是第一個可以實用的電解電容器。所謂的“閥金屬”也就是通過電化成方式獲得穩(wěn)定氧化膜介質的金屬。

在鋁電解電容器之后,鉭電解電容器問世。

由于鉭電解電容器的氧化鉭介質薄膜的化學性質和制造方法與鋁電解電容器的不同,因此也就不存在鋁電解電容器中的氧化鋁膜被氯離子腐蝕或其他金屬產生電化學反應等問題。因此,鉭電解電容器的性能相對鋁電解電容器穩(wěn)定。

鉭是一種比較硬的金屬,延展性不好,因此無法像鋁電解電容器那樣軋制成鉭箔。也由于鉭的化學性質相對鋁非常穩(wěn)定,不適合用電化成方式獲得氧化鉭膜。這兩個因素使得鉭電解電容器的問世遠遠落后于鋁電解電容器。

在有限的面積或體積下獲得盡可能大的表面積,除了軋制成箔、使表面凸凹不平的腐蝕箔以外,還可以像泡沫塑料那樣制成多孔化材料實現巨大的表面積。

鉭電解電容器就是基于這個思路制成的。將壓制成型的鉭粉燒結成多孔化的鉭塊,再將多孔化鉭塊所有的表面“氧化”獲得致密的氧化鉭膜,形成鉭電解電容器的正極和介質膜。

如何將負極與氧化鉭膜緊密的接觸,最簡單的辦法就是用液態(tài)負極。因此最早的鉭電解電容器就是液態(tài)鉭電解電容器,問世于1949年。液態(tài)負極,應用起來還是不方便,人們總是希望固態(tài)負極的鉭電解電容器,設法將二氧化錳進入化成好的鉭塊內部每一個空洞中,再用石墨或銀等將負極引出,就可以成為固態(tài)鉭電解電容器。1956年,固體燒結鉭電解電容器問世。固態(tài)鉭電解電容器問世使我們在電路板上經??吹劫N片裝配的鉭電解電容器或插件的鉭電解電容器。

盡管鉭電解電容器有著許多由于鋁電解電容器的優(yōu)點,但是鋁電解電容器還是占據著巨大多數的電解電容器應用領域。甚至軍工電容器還不得不引用鋁電解電容器。這說明鉭電解電容器也有缺點:其一鉭是稀土金屬,免不了價格昂貴,而地殼豐度最高的鋁制很容易得到的;其二是鉭電解電容器無法制作出高壓鉭電解電容器,因此在高壓應用中不得不用鋁電解電容器。

盡管鉭電解電容器在電性能和可靠性方面優(yōu)于鋁電解電容器,隨著新型電容器的問世和廉價化,使得鉭電解電容器的應用越來越少。其原因是,有些應用,鉭電解電容器可以被更廉價的其他電容器替代,或者被性能更好的電容器替代,如被MLCC替代,被固態(tài)鋁電解電容器替代等。

鉭電解電容器也有特殊的優(yōu)勢,如選擇合適的電解液,可以做出在230℃高溫下工作的電解電容器。在這個溫度下除了聚四氟電容器外,鋁電解電容器和絕大多數薄膜電容器和陶瓷電容器無法做到的。

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《Hi,我是電解電容器》系列之十四:鈦電解電容器與“鐵電解電容器”的無奈

摘要:在“閥金屬”中還有鈮、鐵、鈦等,鈮電解電容器與鉭電解電容器類似,不再贅述。而其中,由于鐵比較活潑,其氧化層很容易被酸性或堿性液體所改變化學性質,因此無法實現鐵電解電容器。

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遼寧工業(yè)大學教授,中國電源學會常務理事、編輯工作委員會主任,中國電工技術學會電力電子學會名譽理事。參加國家“863”計劃,電動汽車重大專項“解放票混合動力城市客車用超級電容器”項目。主要研究方向包括各類電容器及其應用、電力半導體器件應用、高效率開關電源、高效率電子鎮(zhèn)流器與高效能電子照明。已出版專著《電容器手冊》、《高效率開關電源設計與制作》《高頻電子鎮(zhèn)流器設計與制作》等15部。