Condensador electrolítico

Un condensador electrolítico es un condensador donde la capa dieléctrica es una capa de óxido de metal en el ánodo y el cátodo es el electrolito. El resultado es una capacidad extremadamente grande con un voltaje de operación relativamente alto, que causa la popularidad de tales productos.

Historia del origen de los condensadores electrolíticos

El efecto de la oxidación electroquímica de varios metales fue descubierto por el científico francés Eugène Adrien Ducretet en 1875 utilizando el ejemplo de tantalio, niobio, zinc, manganeso, titanio, cadmio, antimonio, bismuto, aluminio y otros materiales. La esencia del descubrimiento: cuando se enciende como un ánodo( el polo positivo de la fuente de energía), una capa de óxido con propiedades de válvula creció en la superficie. De hecho, en los trabajos seleccionados se forma una similitud del diodo Schottky, la conductividad de tipo n se atribuye al óxido de aluminio.

Resulta que el lugar de contacto tiene propiedades rectificadoras. Ahora es fácil asumir más si recordamos las cualidades de la barrera Schottky. Esta es una baja caída de voltaje cuando se enciende en la dirección de avance. Para los condensadores, bajo significa valor impresionante. En cuanto a la inclusión inversa de los condensadores electrolíticos, las personas han oído hablar de los peligros de tales experimentos. La barrera Schottky desarrolla mayores corrientes de fuga, debido a que la capa de óxido comienza a degradarse inmediatamente. Un papel significativo se asigna a la ruptura del túnel. La reacción química que fluye está acompañada por la liberación de gases, lo que proporciona un efecto negativo. Los teóricos dicen que este fenómeno lleva al calor.

El nombre de la invención del capacitor electrolítico es 1896, cuando el 14 de enero Karol Pollak presentó una solicitud ante la oficina de patentes de Frankfurt. Así, en el ánodo del condensador electrolítico, la capa de óxido se construye bajo la acción de un potencial positivo. El proceso se denomina moldeo, en las condiciones de desarrollo de la tecnología moderna dura horas y días. Por esta razón, el crecimiento o la degradación de la capa de óxido no se nota durante la operación. Los condensadores electrolíticos se utilizan en circuitos eléctricos con una frecuencia de hasta 30 kHz, lo que significa el tiempo de cambio de la dirección de la corriente en decenas de microsegundos. Durante este período, nada sucederá con la película de óxido.

Al principio, en la práctica rusa, la producción industrial de condensadores electrolíticos no se consideraba económicamente viable. Las revistas científicas incluso consideraron cómo configurar la producción. Tales notas incluyen un artículo de Mitkevich( Revista de la Sociedad Rusa de Físico-Química, Física No. 34 para 1902).El condensador electrolítico en cuestión consistía en un ánodo de aluminio plano y dos cátodos de hierro ubicados en los lados. El diseño se colocó en una solución de bicarbonato de sodio al 6-8%.La conformación se realizó con un voltaje constante( ver más abajo) de 100 V a una corriente residual de 100 mA.

Los primeros desarrollos serios en la propiedad doméstica de condensadores con electrolito líquido se relacionan con 1931 y fueron creados por el laboratorio de P. A. Ostroumov.

La capacidad de los metales de las válvulas con una película de óxido para enderezar la corriente varía. La calidad del tantalio es más pronunciada. Quizás debido al pentóxido de tantalio, caracterizado por la conductividad de tipo p. Como resultado, un cambio en la polaridad conduce a la formación de un diodo Schottky conectado en la dirección hacia adelante. Debido a la selección específica de electrolitos, la capa de trabajo degradante del dieléctrico se puede restaurar directamente en el proceso. En esta excursión histórica se completa.

Producción de condensadores electrolíticos Metales

, cuyos óxidos se caracterizan por propiedades rectificadoras, llamadas válvula por analogía con diodos semiconductores. Es fácil adivinar que la oxidación conduce a la formación de un material con conductividad tipo n. Esta es considerada la condición principal para la existencia de una válvula de metal. De los anteriores, solo dos tienen propiedades positivas claramente pronunciadas:

1. Aluminium.
2. Tantalum. Condensadores de aluminio

El primero se usa mucho más a menudo debido a la relativa baratura y la prevalencia en la corteza terrestre. El tantalio se utiliza en casos extremos. La acumulación de la película de óxido se produce de dos maneras:

• El primer método es mantener una corriente constante. En el proceso de aumentar el espesor de la resistencia del óxido aumenta. En consecuencia, se incluye un reóstato en el circuito en serie con el condensador durante el moldeo. El proceso se controla mediante la caída de voltaje en la unión Schottky; si es necesario, la derivación se ajusta para que los parámetros permanezcan constantes. En la etapa inicial, la velocidad de formación es constante, luego se produce un punto de inflexión con una disminución en el parámetro; después de un cierto intervalo, el crecimiento adicional de la película de óxido se produce tan lentamente que el ciclo tecnológico se considera completado. En la primera curva, el ánodo a menudo comienza a chispear. En consecuencia, la tensión presente se llama de forma análoga. En el segundo punto, las chispas aumentan bruscamente, el proceso de formación adicional no es suficiente. Y la segunda curva se llama la tensión máxima.
• El segundo método para formar la capa de óxido se reduce a mantener un voltaje constante en el ánodo. En este caso, la corriente disminuye exponencialmente. El voltaje se elige debajo del voltaje de la chispa. El proceso pasa a una corriente directa residual, por debajo de la cual el nivel ya no cae. Luego termina la moldura.

La selección correcta de electrolitos desempeña un papel importante en el proceso de moldeo. En la industria, esto se reduce al estudio de la interacción de los medios corrosivos con el aluminio:

1. Representantes del primer grupo de electrolitos, que incluye ácido bórico, ácido cítrico y bórax, casi no disuelven el aluminio y el óxido. Utilizado masivamente en la fabricación de condensadores electrolíticos. El moldeado largo conduce a una caída de voltaje de hasta 1500 V, lo que determina el grosor de la capa dieléctrica.
   

   Condensadores electrolíticos de alto voltaje

2. Los ácidos crómico, sulfúrico, succínico y oxálico disuelven bien la alúmina, pero no afectan al metal. Una característica distintiva del moldeado es una capa dieléctrica relativamente gruesa. Además, con la expansión adicional no se produce una disminución significativa en el aumento de corriente o voltaje. Dicho proceso se utiliza para formar condensadores eléctricos con un rendimiento relativamente bajo( hasta 60 V).Los hidratos y sales del ácido utilizado se mezclan con óxido de aluminio en estructuras porosas. Estos procesos pueden ser utilizados con fines de protección. Luego, la moldura se realiza de acuerdo con el esquema anterior( el primer grupo) y se completa como se describe. Una capa protectora de hidróxidos protege al óxido de la destrucción durante la operación.
3. El tercer grupo de electrolitos consiste principalmente en ácido clorhídrico. Estas sustancias no se utilizan en el proceso de moldeo, disuelven bien el aluminio y sus sales. Pero voluntariamente se utiliza para limpiar superficies.

Para el tantalio y el niobio, todos los electrolitos se encuentran bajo la clasificación del primer grupo. La capacidad del condensador está determinada principalmente por la tensión a la que se completa el moldeo. Los alcoholes polihídricos, glicerina y sales de etilenglicol se usan de manera similar. No todos los procesos siguen el esquema descrito anteriormente. Por ejemplo, cuando se moldea aluminio en una solución de ácido sulfúrico utilizando el método de corriente continua, se distinguen las siguientes secciones del gráfico:

1. Se observa un rápido aumento de voltaje durante varios segundos.
2. Luego, a la misma velocidad, se observó una disminución hasta el nivel de alrededor del 70% del pico.
3. Durante la tercera etapa se acumula una capa de óxido espesa y porosa, y la tensión aumenta de manera extremadamente lenta.
4. En la cuarta sección, el voltaje aumenta considerablemente antes de que se produzca una ruptura de la chispa. Extremos de moldura.

Mucho depende de la tecnología. El grosor de la capa, y por lo tanto, el voltaje de operación y la durabilidad del capacitor, está influenciado por la concentración de electrolito, la temperatura y otros parámetros. Marcado

. Diseño de capacitor electrolítico.

. Las placas generalmente no son planas. Para los condensadores electrolíticos, a menudo se enrollan en un tubo, enrollado. En el corte, se asemeja a una bobina de Tesla con las consecuencias resultantes. Esto significa que el condensador tiene una resistencia inductiva significativa, que en este contexto se considera parásita. El papel o tejido impregnado de electrolitos se coloca entre las placas. El cuerpo está hecho de aluminio: el metal se cubre fácilmente con una capa protectora, no se ve afectado por el electrolito y elimina bien el calor( recuerde el componente activo de la resistencia del ánodo).

Estos son condensadores de electrolito seco. Su ventaja clave en el uso decente del volumen. No hay exceso de electrolito, lo que reduce el peso y el tamaño a la misma capacidad eléctrica. A pesar del nombre característico del electrolito no es seco, más bien, viscoso. Están impregnados con juntas de tela o papel, situadas entre las placas. En virtud de la viscosidad del electrolito, se permite que el cuerpo sea plástico o papel, y se utiliza un sello de resina para el sellado. Como resultado, se simplifica el ciclo tecnológico de fabricación de productos. Históricamente, las especies de electrolitos secos aparecieron más tarde. En la práctica doméstica, las primeras menciones ocurren en 1934.

Al final de los condensadores electrolíticos extraños hay muescas de corte transversal a través de las cuales se exprime el volumen interno. Esto es en caso de un accidente. Tal capacitor dañado puede notarse fácilmente a simple vista y reemplazarse a tiempo, lo que acelera la reparación. Las marcas de bloqueo ayudan a evitar accidentes y polaridad incorrecta. En el cátodo importado, se dibuja una franja blanca a lo largo de toda la altura, con los puntos menos espaciados, y para los domésticos, las cruces( más) están en el lado opuesto.

Para aumentar la emisividad, el color del cuerpo es oscuro. Las excepciones a la regla son raras. Tal medida aumenta la transferencia de calor al medio ambiente. Cuando se excede el voltaje en el trabajador( moldeo), hay un fuerte aumento en la corriente debido a la ionización, se genera una fuerte chispa en el ánodo, una capa dieléctrica penetra parcialmente. Las consecuencias de tales fenómenos se eliminan fácilmente en el diseño y con la carcasa utilizada como cátodo: los condensadores con electrolito líquido ocupan relativamente mucho espacio, pero eliminan bien el calor. Pero se manifiesta perfectamente cuando se trabaja a bajas frecuencias. Qué causa el uso específico como fuente de alimentación de filtro( 50 Hz).

Estos condensadores electrolíticos cilíndricos no están dispuestos como se muestra arriba, sin pestañas de papel. En algunos modelos, la carcasa desempeña el papel de cátodo, el ánodo está ubicado en el interior, puede tener una forma arbitraria para garantizar la capacidad nominal máxima. Debido al procesamiento mecánico y al grabado químico, diseñados para aumentar el área de superficie del electrodo, los parámetros pueden elevarse en un orden de magnitud. El diseño es típico para modelos con electrolito líquido. La capacidad de la estructura en consideración varía cuando la industria se libera de 5 a 20 µF a un voltaje de operación de 200 - 550 V. Debido al aumento de la resistencia del electrolito con la disminución de la temperatura, los condensadores con electrolito líquido y la carcasa se utilizan como cátodos principalmente en un microclima cálido.