Уго электролитических конденсаторов. Электролитические конденсаторы: история, конструкция и применение

Как появились электролитические конденсаторы. Какова их конструкция. Почему они обладают большой емкостью. Как производят электролитические конденсаторы. В чем их преимущества и недостатки. Где применяются электролитические конденсаторы.

Содержание

История создания электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы имеют интересную историю создания, уходящую корнями в конец 19 века. Ключевые этапы их разработки:

1875 год — французский ученый Эжен Дюкрете открыл эффект электрохимического оксидирования некоторых металлов, включая алюминий
1896 год — Карол Поллак подал патентную заявку на электролитический конденсатор во Франкфурте
1902 год — в России рассматривались варианты промышленного производства электролитических конденсаторов
1931 год — в лаборатории П.А. Остроумова созданы первые серьезные отечественные наработки по конденсаторам с жидким электролитом

Таким образом, от открытия эффекта до начала промышленного производства прошло около 50 лет. Это было связано с необходимостью отработки технологии и поиском оптимальных материалов.

Принцип работы электролитического конденсатора

В чем же заключается принцип работы электролитического конденсатора? Рассмотрим его основные особенности:

Диэлектриком служит тонкий слой оксида металла на аноде
Катодом выступает электролит
На границе оксида и электролита образуется переход Шоттки
Этот переход обладает выпрямляющими свойствами
При прямом включении барьер Шоттки имеет низкое сопротивление
При обратном включении возникают большие токи утечки

Благодаря такой конструкции достигается очень большая удельная емкость при относительно высоком рабочем напряжении. Это главное преимущество электролитических конденсаторов.

Особенности конструкции электролитических конденсаторов

Конструкция электролитического конденсатора имеет ряд особенностей:

Анод изготавливается из вентильного металла (алюминий или тантал)

На аноде формируется тонкий слой оксида, играющий роль диэлектрика
Катодом служит электролит (жидкий или твердый)
Корпус выполняет роль контейнера для электролита
Имеются выводы от анода и катода
Конструкция герметизируется для предотвращения вытекания электролита

Такая конструкция позволяет получить очень большую площадь обкладок при малых габаритах, что обеспечивает высокую удельную емкость конденсатора.

Технология производства электролитических конденсаторов

Производство электролитических конденсаторов включает следующие основные этапы:

Подготовка анодной фольги (травление для увеличения площади поверхности)
Формовка оксидного слоя на аноде электрохимическим способом
Пропитка анода жидким электролитом или нанесение твердого электролита
Сборка конструкции конденсатора

Герметизация корпуса
Тренировка конденсатора (формовка оксидного слоя при рабочем напряжении)
Проверка параметров и отбраковка

Ключевым этапом является формовка оксидного слоя, от которой зависят основные характеристики конденсатора. Она может проводиться при постоянном токе или постоянном напряжении.

Преимущества и недостатки электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы имеют ряд важных преимуществ:

Очень высокая удельная емкость
Относительно высокое рабочее напряжение
Компактные размеры при большой емкости
Низкая стоимость
Способность к самовосстановлению при пробоях

Однако у них есть и некоторые недостатки:

Полярность (нельзя включать в обратном направлении)
Ограниченный срок службы
Зависимость параметров от температуры
Относительно большие токи утечки

Взрывоопасность при нарушении режимов эксплуатации

Поэтому при применении электролитических конденсаторов нужно учитывать их особенности и соблюдать правила эксплуатации.

Основные типы электролитических конденсаторов

Существует несколько основных типов электролитических конденсаторов:

Алюминиевые с жидким электролитом — самые распространенные и дешевые
Алюминиевые с твердым электролитом — более надежные и долговечные
Танталовые с жидким электролитом — для работы при повышенных температурах
Танталовые с твердым электролитом — самые качественные и дорогие
Ниобиевые — альтернатива танталовым, но менее распространены

Выбор типа конденсатора зависит от конкретного применения, требуемых параметров и условий эксплуатации.

Области применения электролитических конденсаторов

Благодаря своим уникальным свойствам, электролитические конденсаторы нашли широкое применение в различных областях:

Источники питания (фильтрация, сглаживание пульсаций)
Аудиотехника (разделительные конденсаторы в усилителях)
Импульсные устройства (накопители энергии)
Схемы временной задержки
Моторы и электроприводы (пусковые конденсаторы)
Светодиодное освещение (драйверы светодиодов)
Компьютерная техника (стабилизация питания)

Практически ни одно современное электронное устройство не обходится без применения электролитических конденсаторов.

Конденсатор обозначение на схеме

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3]. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами из-за намотки.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Обозначение конденсаторов

ГОСТ 2.728-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы

Обозначение конденсаторов на схеме

Условные обозначения конденсаторов постоянной ёмкости

Что такое конденсатор, типы конденсаторов и их обозначение на схемах

Обозначение конденсаторов на схемах

Как обозначается микрофарад на конденсаторе. Обозначение конденсаторов на схемах

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как определить емкость конденсатора по маркировке .

Обозначение конденсаторов

Основным параметром конденсатора является его номинальная емкость, измеряемая в фарадах Ф микрофарадах мкФ или пикофарадах пФ. Допустимые отклонения емкости конденсатора от номинального значения указаны в стандартах и определяют класс его точности.

По виду изменения емкости конденсаторы делятся на изделия с постоянной емкостью, переменной и саморегулирующиеся. Номинальная емкость указывается на корпусе конденсатора. Для сокращения записи применяется специальное кодирование:. Конструкции конденсаторов постоянной емкости и материал, из которого они изготовляются, определяются их назначением и диапазоном рабочих частот. Высокочастотные конденсаторы имеют большую стабильность, заключающуюся в незначительном изменении емкости при изменении температуры, малые допустимые отклонения емкости от номинального значения, небольшие размеры и вес.

Для цепей постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой частоты требуются конденсаторы с большими емкостями, измеряемыми тысячами микрофарад. Конструкции конденсаторов постоянной емкости разнообразны. Так, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и отдельные типы керамических конденсаторов имеют пакетную конструкцию.

В них обкладки, выполненные из металлической фольги или в виде металлических пленок, чередуются с пластинами из диэлектрика например, слюды. Для получения значительной емкости формируют пакет из большого числа таких элементарных конденсаторов. Электрически соединяют между собой все верхние обкладки и отдельно — нижние.

К местам соединений припаивают проводники, служащие выводами конденсатора. Затем пакет спрессовывают и помещают в корпус. Применяется и дисковая конструкция керамических конденсаторов. Роль обкладок в них выполняют металлические пленки, нанесенные на обе стороны керамического диска.

Бумажные конденсаторы часто имеют рулонную конструкцию. Полосы алюминиевой фольги, разделенные бумажными лентами с высокими диэлектрическими свойствами, свертываются в рулон. Для получения большой емкости рулоны соединяют друг с другом и помещают в герметичный корпус. В электролитических конденсаторах диэлектрик представляет собой оксидную пленку, наносимую на алюминиевую или танталовую пластинку, являющуюся одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка — электролит.

Металлический стержень анод должен подключаться к точке с более высоким потенциалом, чем соединенный с электролитом корпус конденсатора катод. При невыполнении этого условия сопротивление оксидной пленки резко уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через конденсатор, и может вызвать его разрушение. Такую конструкцию имеют электролитические конденсаторы типа КЭ.

Выпускаются также электролитические конденсаторы с твердым электролитом типа К Площадь перекрытия пластин или расстояние между ними у конденсаторов переменной емкости можно изменять различными способами.

При этом меняется и емкость конденсатора. Одна из возможных конструкций конденсатора переменной емкости КПЕ изображена на рисунке справа. Здесь емкость изменяется путем различного расположения роторных подвижных пластин относительно статорных неподвижных.

Зависимость изменения емкости от угла поворота определяется конфигурацией пластин. Величина минимальной и максимальной емкости зависит от площади пластин и расстояния между ними.

Обычно минимальная емкость Смин, измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, составляет единицы до 10 — 20 пикофарад, а максимальная емкость Смакс, измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, — сотни пикофарад.

В радиоаппаратуре часто используются блоки КПЕ, скомпонованные из двух, трех и более конденсаторов переменной емкости, механически связанных друг с другом. Благодаря блокам КПЕ можно изменять одновременно и на одинаковую величину емкость различных цепей устройства. Разновидностью КПЕ являются подстроечные конденсаторы.

Их емкость так же, как и сопротивление подстроечных резисторов, изменяют лишь с помощью отвертки. В качестве диэлектрика в таких конденсаторах могут использоваться воздух или керамика. На электрических схемах конденсаторы постоянной емкости обозначаются двумя параллельными отрезками, символизирующими обкладки конденсатора, с выводами от их середин. Рядом указывают условное буквенное обозначение конденсатора — букву С от лат. Capacitor — конденсатор. После буквы С ставится порядковый номер конденсатора в данной схеме, а рядом через небольшой интервал пишется другое число, указывающее на номинальное значение емкости.

Емкость конденсаторов от 0 до пФ указывают без единицы измерения, если емкость выражена целым числом , и с единицей измерения — пФ, если емкость выражена дробным числом. Емкость конденсаторов от 10 пФ 0,01 мкФ до пФ мкФ указывают в микрофарадах в виде десятичной дроби либо как целое число, после которого ставят запятую и нуль. Конденсаторы переменной емкости КПЕ обозначаются двумя параллельными отрезками, перечеркнутыми стрелкой.

Если необходимо, чтобы к данной точке устройства подключались именно роторные пластины, то на схеме они обозначаются короткой дугой. Рядом указываются минимальный и максимальный пределы изменения емкости. В обозначении подстроечных конденсаторов параллельные линии пересекаются отрезком с короткой черточкой, перпендикулярной одному из его концов. Основной параметр конденсатора — емкость. На схемах Вы встретите все три единицы измерения. Она нашла широкое применение на конденсаторах большой емкости.

Некоторые примеры цифровой маркировки конденсаторов представлены на Рис. Такие конденсаторы выпускают большой емкости — от 0,5 до мкф. А зря! Возьмем, к примеру, устройство с питанием 9В. Некоторые разновидности оксидных конденсаторов показаны на Рис. Наряду с резисторами конденсаторы являются наиболее широко используемыми компонентами электрических цепей.

Основные характеристики конденсатора — номинальная ёмкость и номинальное напряжение. Чаще всего в схемах используются постоянные конденсаторы, и гораздо реже — переменные и подстроенные. Отдельной группой стоят конденсаторы, изменяющие свою ёмкость под воздействием внешних факторов. Общие условные графические обозначения конденсаторов постоянной ёмкости приведены на рис. Номинальное напряжение конденсаторов кроме так называемых оксидных на схемах, как правило, не указывают.

Только в некоторых случаях, например, в схемах цепей высокого напряжения рядом с обозначением номинальной ёмкости можно указывать и номинальное напряжение см. Для оксидных же конденсаторов старое название электролитические и особенно на принципиальных схемах бытовых электронных устройств это давно стало практически обязательным рис.

Подавляющее большинство оксидных конденсаторов — полярные, поэтому включать их в электрическую цепь можно только с соблюдением полярности. Иногда используется. Условное графическое обозначение.

Для развязки цепей питания высокочастотных устройств по переменному току применяют так называемые проходные конденсаторы. Эту особенность конструкции отражает условное графическое обозначение такого конденсатора рис. Наружную обкладку обозначают короткой дугой, а также одним С2 или двумя СЗ отрезками прямых линий с выводами от середины.

Условное графическое обозначение с позиционным обозначением СЗ используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана. С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы. Конденсаторы переменной ёмкости КПЕ предназначены для оперативной регулировки и состоят обычно из статора и ротора. Такие конденсаторы широко использовались, например, для изменения частоты настройки радиовещательных приёмников. Как говорит само название, они допускают многократную регулировку ёмкости в определенных пределах.

Если необходимо обозначить ротор КПЕ, поступают так же, как и в случае проходного конденсатора см. Для одновременного изменения ёмкости в нескольких цепях например, в колебательных контурах используют блоки, состоящие из двух, трех и большего числе КПЕ.

Принадлежность КПЕ к одному блоку показывают на схемах штриховой линией механической связи, соединяющей знаки регулирования, и нумерацией секций через точку в позиционном обозначении, рис. При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих одна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь только соответствующей нумерацией секций см. Разновидность КПЕ — подстроенные конденсаторы.

Конструктивно они выполнены так, что их ёмкость можно изменять только с помощью инструмента чаще всего отвертки. В условном графическом обозначении это показывают знаком подстроечного регулирования — наклонной линией со штрихом на конце рис.

Ротор подстроечного конденсатора обозначают, если необходимо, дугой см. Саморегулирумые конденсаторы или нелинейные обладают способностью изменять ёмкость под действием внешних факторов. В радиоэлектронных устройствах часто применяют вариконды от английских слов vari able — переменный и cond enser — еще одно название конденсатора.

Их ёмкость зависит от приложенного к обкладкам напряжения. Буквенный код варикондов — CU U— общепринятый символ напряжения, см. Аналогично построено УГО термоконденсаторов. Буквенный код этой разновидности конденсаторов — СК рис.

Конденсатор это система из двух и более электродов обычно в форме пластин, называемых обкладками , разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок конденсатора. Такая система обладает взаимной ёмкостью и способна сохранять электрический заряд. ТОесть из рисунка видно что это две параллельные металические пластины разделённые каким то материалом диэлектриком- это вещество которое не проводит электрический ток.

Конденсатор в цепи постоянного тока не проводит ток, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора. В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно:.

Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно в идеальном случае. При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь.

Резонансная частота конденсатора равна:.

ГОСТ 2.728-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы

Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы. Итак, рассмотрим обозначение конденсаторов постоянной емкости на электрических схемах. Условно графическое обозначение УГО конденсатора постоянной емкости показано на рисунке 1 и представляет собой отображение двух обкладок конденсатора с выводами. Если же УГО конденсатора повернуть на 90 градусов, то буквенное обозначение конденсатора с порядковым номером и его номинал наносятся, так как показано на рисунке 1 б. Существует еще одна группа конденсаторов — это конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы.

[СКАЧАТЬ] Обозначение конденсатора на монтажной схеме PDF бесплатно или читать онлайн на планшете и смартфоне. ЕСКД. Обозначения.

Обозначение конденсаторов на схеме

Керамические конденсаторы SMD ввиду их малых габаритов иногда маркируются кодом, состоящим из одного или двух символов и цифры. Первый символ, если он есть — код изготовителя напр. K для Kemet, и т. Например S3 — 4. SMD конденсаторы больших номиналов, изготовленные с применением этого диэлектрика наиболее дорогостоящие. Диэлектрик X7R имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, но меньшую температурную стабильность. Диэлектрики Z5U и Y5V имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость, что позволяет изготовить конденсаторы с большим значением емкости, но имеющих значительный разброс параметров. Маркировка электролитических конденсаторов SMD. Иногда этот код используется вместо обычного, который состоит из символа и 3 цифр.

Условные обозначения конденсаторов постоянной ёмкости

Конденсаторы являются второй, по распространенности и степени использования, после резисторов, деталью в электронных схемах. Действительно, в любом электронном устройстве, будь то мультивибратор на 2 транзисторах или материнская плата компьютера, во всех них находят применение эти радиоэлементы. Конденсатор обладает свойством накапливать заряд и впоследствии отдавать его. Простейший конденсатор представляет собой 2 пластины, разделенные тонким слоем диэлектрика. Емкостное сопротивление конденсатора зависит от его емкости и частоты тока.

Для работы с принципиальными электрическими схемами требуется знать условные обозначения элементов, используемых в схеме. Рассмотрим особенности условных графических обозначений конденсаторов постоянной емкости.

Что такое конденсатор, типы конденсаторов и их обозначение на схемах

При сборке самодельных электронных схем поневоле сталкиваешься с подбором необходимых конденсаторов. Притом, для сборки устройства можно использовать конденсаторы уже бывшие в употреблении и поработавшие какое-то время в радиоэлектронной аппаратуре. Естественно, перед вторичным использованием необходимо проверить конденсаторы , особенно электролитические , которые сильнее подвержены старению. При подборе конденсаторов постоянной ёмкости необходимо разбираться в маркировке этих радиоэлементов, иначе при ошибке собранное устройство либо откажется работать правильно, либо вообще не заработает. Встаёт вопрос, как прочитать маркировку конденсатора?

Обозначение конденсаторов на схемах

Конденсаторы различают по виду диэлектрика. Существуют конденсаторы с твердым, жидким и газообразным диэлектриком. С твердым диэлектриком это: бумажные, пленочные, керамические, слюдяные. Также существуют электролитические, о которых уже было рассказано выше и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Эти конденсаторы отличаются от всех остальных большой удельной емкостью. Многие, думаю, встречали на импортных конденсаторах такое цифровое обозначение:. Диод Шоттки. Действительно, в любом электронном устройстве, будь то мультивибратор на 2 транзисторах или материнская плата компьютера, во всех них находят применение эти радиоэлементы.

Условные обозначения конденсаторов Основным параметром конденсатора является его номинальная емкость, измеряемая в фарадах (Ф ).

Как обозначается микрофарад на конденсаторе. Обозначение конденсаторов на схемах

Конденсаторы доступны в различных исполнениях и для разных применений. При этом встречаются отличные условные графические обозначения конденсаторных элементов на электросхемах. Кроме того, применяется маркировка на самих деталях. Базовая структура конденсатора имеет простое объяснение.

Нужны еще сервисы? Архив Каталог тем Добавить статью. Как покупать? Общее обозначение конденсатора.

Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов. Пример сокращенного условного обозначения: К соответствует комбинированному конденсатору, номер разработки

В этой статье мы рассмотрим обозначение радиоэлементов на схемах. Для того, чтобы научиться читать схемы, первым делом, мы должны изучить как выглядит тот или иной радиоэлемент в схеме. В принципе ничего сложного в этом нет. Вся соль в том, что если в русской азбуке 33 буквы, то для того, чтобы выучить обозначения радиоэлементов, придется неплохо постараться. До сих пор весь мир не может договориться, как обозначать тот или иной радиоэлемент либо устройство. Поэтому, имейте это ввиду, когда будете собирать буржуйские схемы. В нашей статье мы будем рассматривать наш российский ГОСТ-вариант обозначения радиоэлементов.

Справочник электронный. Условные обозначения для электрических схем по новому стандарту Пользуясь сайтом Вы соглашаетесь с политикой обработки персональных данных. Политика конфиденциальности.

Электролитический конденсатор: история, производство, конструкция

Содержание

1 История происхождения электролитических конденсаторов
2 Производство электролитических конденсаторов
3 Конструкция электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор – это конденсатор, где диэлектриком служит слой оксида металла на аноде, а катодом – электролит. В результате достигается чрезвычайно большая ёмкость при сравнительно высоком рабочем напряжении, обуславливая популярность подобных изделий.

История происхождения электролитических конденсаторов

Эффект электрохимического оксидирования ряда металлов открыт французским учёным Eugène Adrien Ducretet в 1875 году на примере тантала, ниобия, цинка, марганца, титана, кадмия, сурьмы, висмута, алюминия и прочих материалов. Суть открытия: при включении в качестве анода (положительный полюс источника питания) на поверхности нарастал слой оксида, обладающий вентильными свойствами. Фактически образуется подобие диода Шоттки, в избранных работах оксиду алюминия приписывается проводимость n-типа.

Получается, место контакта обладает выпрямляющими свойствами. Теперь легко предположить дальнейшее, если вспомнить о качествах барьера Шоттки. Это низкое падение напряжения при включении в прямом направлении. Применительно к конденсаторам низкое – означает впечатляющую величину. Что касается обратного включения электролитических конденсаторов, люди наслышаны про опасность подобных экспериментов. Барьер Шоттки развивает повышенные токи утечки, за счёт которых слой оксида начинает немедленно деградировать. Немалая роль отведена туннельному пробою. Протекающая химическая реакция сопровождается выделением газов, обеспечивающих негативный эффект. Теоретики говорят, что указанное явление ведёт к выделению тепла.

Конденсаторы разного типа

Годом изобретения электролитического конденсатора называют 1896, когда 14 января Карол Поллак подал заявку в патентное бюро Франкфурта. Итак, на аноде электролитического конденсатора наращивается слой оксида под действием положительного потенциала. Процесс называется формовкой, в условиях современного развития техники длится часами и сутками. По указанной причине в процессе работы рост или деградация оксидного слоя незаметны. Электролитические конденсаторы применяются в электрических цепях с частотой до 30 кГц, что означает время смены направления тока в десятки мкс. За этот промежуток ничего не произойдёт с оксидной плёнкой.

Вначале в российской практике промышленный выпуск электролитических конденсаторов не считался экономически выгодным. В научных журналах даже рассматривалось, как наладить производство. К подобным заметкам относится статья Миткевича (Журнал Русского физико-химического общества, физика №34 за 1902 год). Рассматриваемый электролитический конденсатор состоял из плоского алюминиевого анода и двух железных катодов, расположенных по бокам. Конструкция помещалась в 6-8% раствор пищевой соды. Формовка велась постоянным напряжением (см. ниже по тексту) 100 В до остаточного тока 100 мА.

Первые серьёзные наработки отечественной принадлежности по конденсаторам с жидким электролитом относятся к 1931 году и созданы лабораторией П. А. Остроумова.

Способность вентильных металлов с оксидной плёнкой выпрямлять ток неодинакова. Наиболее ярко качества выражены у тантала. Возможно, по причине пентаоксида тантала, характеризующегося проводимостью p-типа. В результате смена полярности приводит к образованию диода Шоттки, включённого в прямом направлении. Благодаря специфическому подбору электролита деградирующий рабочий слой диэлектрика удаётся восстанавливать прямо в процессе работы. На этом исторический экскурс завершён.

Производство электролитических конденсаторов

Металлы, оксиды которых характеризуются выпрямляющими свойствами, называли вентильными по аналогии с полупроводниковыми диодами. Несложно догадаться, что окисление приводит к образованию материала с проводимостью n-типа. Это считается основным условием существования вентильного металла. Из перечисленных выше ярко выраженными позитивными свойствами обладают лишь два:

Алюминий.
Тантал.

Алюминиевые конденсаторы

Первый применяется намного чаще, благодаря относительной дешевизне и распространённости в Земной коре. Тантал используют в крайних случаях. Наращивание оксидной плёнки происходит двумя путями:

Первой методикой становится поддержание постоянного тока. В процессе роста толщины окисла сопротивление растёт. Следовательно, в цепь последовательно с конденсатором на время формовки включается реостат. Процесс контролируется по падению напряжения на переходе Шоттки, при необходимости шунт подстраивается так, чтобы параметры оставались постоянными. Скорость формовки на начальном этапе постоянна, потом происходит точка перегиба со снижением параметра, через определённый интервал дальнейший рост оксидной плёнки идёт столь медленно, что технологический цикл считается завершённым. При первом перегибе анод часто начинает искрить. Соответственно, и присутствующее напряжение называется аналогично. На второй точке искрение резко усиливается, дальнейший процесс формовки нецелесообразен. А второй перегиб называют максимальным напряжением.
Вторая методика формовки оксидного слоя сводится к поддержанию на аноде постоянного напряжения. В этом случае ток убывает по экспоненте. Напряжение выбирают ниже напряжения искрения. Процесс идёт до остаточного прямого тока, ниже которого уровень уже не опускается. Потом формовка оканчивается.

Большую роль в процессе формовки играет правильный подбор электролита. В промышленности это сводится к изучению взаимодействия агрессивных сред с алюминием:

Представители первой группы электролитов, сюда относится борная, лимонная кислота и бура, почти не растворяют алюминий и оксид. Массово используются при производстве электролитических конденсаторов. Длительная формовка приводит к падению напряжения до 1500 В, определяющего толщину слоя диэлектрика.
Высоковольтные электролитические конденсаторы
Хромовая, серная, янтарная и щавелевая кислоты хорошо растворяют оксид алюминия, но не затрагивают металл. Отличительной особенностью формовки становится сравнительно толстый слой диэлектрика. Причём при дальнейшем наращивании не происходит значительного снижения тока или повышения напряжения. Такой процесс применяется для формирования электрических конденсаторов с относительно низкими рабочими характеристиками (до 60 В). К окиси алюминия в пористых структурах примешиваются гидраты и соли используемой кислоты. Указанные процессы способны использоваться в защитных целях. Тогда формовка идёт по предыдущей схеме (первая группа), а довершается по описанной. Защитный слой гидроксидов предохраняет окисел от разрушения в процессе эксплуатации.
Третья группа электролитов включает преимущественно соляную кислоту. Эти вещества в процессе формовки не применяются, хорошо растворяют алюминий и его соли. Зато охотно используются для очистки поверхностей.

Для тантала и ниобия все электролиты подпадают под классификацию первой группы. Величина ёмкости конденсатора определяется преимущественно напряжением, при котором окончена формовка. Аналогичным образом используют многоатомные спирты, глицерин и этиленгликоль, соли. Не все процессы идут по схеме, описанной выше. К примеру, при формовке алюминия в растворе серной кислоты по методу постоянного тока на графике выделяют участки:

Несколько секунд наблюдается быстрый рост напряжения.
Потом с прежней скоростью наблюдается спад до уровня порядка 70% от достигнутого пика.
За третью стадию нарастает толстый пористый слой оксида, напряжение растёт крайне медленно.
На четвёртом участке напряжение резко растёт до наступления искрового пробоя. Формовка заканчивается.

Немало зависит от технологии. На толщину слоя, а следовательно, рабочее напряжение и долговечность конденсатора, влияют концентрация электролита, температура, прочие параметры.

Маркировка на конденсаторе

Конструкция электролитического конденсатора

Обкладки обычно не плоские. Для электролитических конденсаторов чаще свёрнуты в трубочку, спиралью. На срезе напоминает катушку Тесла с вытекающими отсюда последствиями. Это значит, что конденсатор обладает значительным индуктивным сопротивлением, которое в данном контексте считается паразитным. Между обкладками помещается пропитанная электролитом бумага или ткань. Корпус изготавливается из алюминия – металл легко покрывается защитным слоем, не затрагивается электролитом и хорошо отводит тепло (помните про активную составляющую сопротивления анода).

Это конденсаторы с сухим электролитом. Их ключевое преимущество в достойном использовании объёма. Лишний электролит отсутствует, что снижает вес и габариты при прежней электрической ёмкости. Несмотря на характерное название электролит здесь не сухой, скорее, вязкий. Им пропитываются прокладки из ткани или бумаги, расположенные между обкладками. В силу вязкость электролита корпус допускается пластмассовый либо бумажный, для герметизации используется уплотнение из смолы. В результате упрощается технологический цикл изготовления продукции. Исторически разновидности с сухим электролитом появились позже. В отечественной практике первые упоминания приходятся на 1934 год.

На торце зарубежных электролитических конденсаторов нанесены крестом насечки, через которые внутренний объем выдавливается наружу. Это на случай аварии. Подобный испорченный конденсатор легко заметить невооружённым глазом и вовремя заменить, что ускоряет починку. Избежать аварии и неправильной полярности включения помогает маркировка корпуса. У катода на импортных проведена по всей высоте белая полоса с расставленными минусами, а у отечественных с противоположной – крестики (плюсы).

Для увеличения излучательной способности цвет корпуса выполняется темным. Исключения из правила редки. Подобная мера увеличивает теплоотдачу в окружающую среду. При превышении напряжения на рабочим (формовочным) происходит резкое увеличение тока за счёт ионизации, развивается сильное искрение на аноде, частично пробивается слой диэлектрика. Последствия таких явлений легко устраняются в конструкции и с корпусом, используемым в качестве катода: конденсаторы с жидким электролитом занимают сравнительно много места, но хорошо отводят тепло. Зато отлично проявляются при работе на низких частотах. Что обусловливает специфику применения в качестве фильтров блоков питания (50 Гц).

Эти цилиндрические электролитические конденсаторы устроены не так, как показано выше, без бумажных вкладок. В отдельных моделях корпус играет роль катода, анод находится внутри, бывает произвольной формы так, чтобы обеспечивалась максимальная номинальная ёмкость. За счёт механической обработки и химического травления, призванных увеличить площадь поверхности электрода, параметры удаётся поднять на порядок. Конструкция типична для моделей с жидким электролитом. Ёмкость у рассматриваемой конструкции варьируется при выпуске промышленностью от 5 до 20 мкФ при рабочем напряжении 200 – 550 В. Из-за повышения сопротивления электролита с понижением температуры конденсаторы с жидким электролитом и корпусом в качестве катода применяются преимущественно в теплом микроклимате.

Сверхмощные суперконденсаторы микрометрового размера на основе луковичного углерода

. 2010 сен; 5 (9): 651-4.

doi: 10.1038/nnano.2010.162. Epub 2010 15 августа.

Дэвид Печ ¹ , Магали Брюне, Уго Дуроу, Пейхуа Хуанг, Вадим Мочалин, Юрий Гогоци, Пьер-Луи Таберна, Патрис Симон

Принадлежности

принадлежность

¹ CNRS, LAAS, 7 avenue du Colonel Roche, F-31077 Тулуза, Франция.

PMID: 20711179
DOI: 10. 1038/ннано.2010.162

Дэвид Печ и др. Нац Нанотехнолог. 2010 9 сентября0003

. 2010 сен; 5 (9): 651-4.

doi: 10.1038/nnano.2010.162. Epub 2010 15 августа.

Авторы

Дэвид Печ ¹ , Магали Брюне, Уго Дуроу, Пейхуа Хуан, Вадим Мочалин, Юрий Гогоци, Пьер-Луи Таберна, Патрис Симон

принадлежность

¹ CNRS, LAAS, 7 avenue du Colonel Roche, F-31077 Тулуза, Франция.

PMID: 20711179
DOI: 10. 1038/ннано.2010.162

Абстрактный

Электрохимические конденсаторы, также называемые суперконденсаторами, хранят энергию в двух близко расположенных слоях с противоположными зарядами и используются для питания гибридных электромобилей, портативного электронного оборудования и других устройств. Предлагая высокую скорость зарядки и разрядки и способность выдерживать миллионы циклов, электрохимические конденсаторы заполняют пробел между батареями, которые обеспечивают высокую плотность энергии, но являются медленными, и обычные электролитические конденсаторы, которые являются быстрыми, но имеют низкую плотность энергии. Здесь мы демонстрируем микросуперконденсаторы с мощностью на единицу объема, сравнимой с электролитическими конденсаторами, емкостью на четыре порядка выше и энергией на единицу объема на порядок выше. Мы также измерили скорость разряда до 200 В с (-1), что на три порядка выше, чем у обычных суперконденсаторов. Микросуперконденсаторы получают путем электрофоретического осаждения слоя наноструктурированных углеродных луковиц толщиной в несколько микрометров диаметром 6-7 нм. Интеграция этих наночастиц в микроустройство с высоким отношением поверхности к объему без использования органических связующих и полимерных сепараторов повышает производительность благодаря легкости доступа ионов к активному материалу. Увеличение плотности энергии и скорости разряда суперконденсаторов позволит им конкурировать с батареями и обычными электролитическими конденсаторами в ряде приложений.

Цитируется

Прогнозирование емкости углеродных конденсаторов с двойным электрическим слоем с помощью машинного обучения.
Су Х., Линь С., Дэн С. , Лиан С., Шан Ю., Лю Х. Су Х и др. Наномасштаб Adv. 2019 25 апреля; 1 (6): 2162-2166. дои: 10.1039/c9na00105k. Электронная коллекция 2019 11 июня. Наномасштаб Adv. 2019. PMID: 36131961 Бесплатная статья ЧВК.
Гибкая ионтроника на основе 2D наножидкостного материала.
Вэй Д., Ян Ф., Цзян З., Ван З. Вэй Д. и соавт. Нац коммун. 2022 24 августа; 13 (1): 4965. doi: 10.1038/s41467-022-32699-x. Нац коммун. 2022. PMID: 36002461 Бесплатная статья ЧВК.
Иерархические пористые электроды из пеноуглерода, изготовленные из шаблона отходов полиуретанового эластомера для электрических двухслойных конденсаторов.
Удаякумар М., Тот П., Вииникка Х., Малхотра Дж.С., Ликозар Б., Герьек С., Леско А.К., Тангарадж Р. , Немет З. Удаякумар М. и др. Научный представитель 2022 г. 11 июля; 12 (1): 11786. дои: 10.1038/s41598-022-16006-8. Научный представитель 2022. PMID: 35821518 Бесплатная статья ЧВК.
Микросуперконденсаторы на основе тонких пленок ориентированного координационного полимера для фильтрации линий переменного тока.
Хуа В., Сю Дж., Сю Ф., Чжан З., Лю Дж., Лай Л., Хуан В. Хуа В. и др. RSC Adv. 2018 30 августа; 8 (53): 30624-30628. дои: 10.1039/c8ra06474a. Электронная коллекция 2018 24 августа. RSC Adv. 2018. PMID: 35546855 Бесплатная статья ЧВК.
Легированный азотом иерархический пористый УНВ, полученный из полого ZIF-8 с волокнистой структурой, для высокопроизводительного электрода суперконденсатора.
Не Х, Ми К, Сонг Л, Чжэн С. Ни Х и др. RSC Adv. 2019 9 декабря; 9 (69): 40636-40641. дои: 10.1039/c9ra07846k. Электронная коллекция 2019 3 декабря. RSC Adv. 2019. PMID: 35542642 Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

использованная литература

1. J Am Chem Soc. 2010 17 марта; 132 (10): 3252-3 — пабмед
1. Природа. 2001 15 ноября; 414 (6861): 359-67 — пабмед
1. Нат Матер. 2008 ноябрь;7(11):845-54 — пабмед
1. Природа. 1992 22 октября; 359 (6397): 707-9 — пабмед
1. Нац Нанотехнолог. 2010 июль; 5 (7): 531-7 — пабмед

Типы публикаций

Международная исследовательская группа

разрабатывает микросуперконденсаторы сверхвысокой мощности

Ceres открывает филиал в Бразилии для развития бизнеса по выращиванию сладкого сорго

Новый байесовский подход к устранению общих предубеждений в моделях предполагает, что стабилизация концентраций CO2 на текущих уровнях оставляет 10%-ную вероятность превышения целевого значения 2°C

Группа исследователей из США и Франции сообщает о разработке микросуперконденсаторов с мощностью на единицу объема, сравнимой с электролитическими конденсаторами, емкостью на четыре порядка выше и энергией на единицу объема на порядок выше.

Также было обнаружено, что недавно разработанные устройства на три порядка быстрее обычных суперконденсаторов, которые используются в источниках резервного питания, ветрогенераторах и другом оборудовании. Эти новые устройства получили название «микросуперконденсаторы», поскольку их толщина составляет всего несколько микрометров (0,000001 метра). Статья об их работе была опубликована в Интернете в журнале Nature Nanotechnology 15 августа.

Микросуперконденсаторы изготавливаются путем электрофоретического осаждения слоя наноструктурированных углеродных луковиц толщиной в несколько микрометров диаметром 6–7 нм. Интеграция этих наночастиц в микроустройство с высоким отношением поверхности к объему без использования органических связующих и полимерных сепараторов повышает производительность благодаря легкости доступа ионов к активному материалу. Увеличение плотности энергии и скорости разряда суперконденсаторов позволит им конкурировать с батареями и обычными электролитическими конденсаторами в ряде приложений.
—Печ и др.

Материал с очень мелкими сферическими частицами был исследован с этой целью впервые. Ранее исследованные материалы включают активированный уголь, нанотрубки и углерод, полученный из карбида (CDC).

Поверхность луковичных углей полностью доступна для ионов, в то время как у некоторых других материалов размер или форма пор или самих частиц замедляют процесс зарядки или разрядки. Кроме того, мы использовали процесс сборки устройств, не требующий полимерного связующего материала для удержания электродов вместе, что еще больше улучшило проводимость электродов и скорость заряда/разряда. Поэтому наши суперконденсаторы могут выдавать энергию за миллисекунды, намного быстрее, чем любая батарея или суперконденсатор, используемые сегодня.
— Вадим Мочалин, доцент кафедры материаловедения и инженерии Drexel и соавтор

Ресурсы

Давид Печ, Магали Брюне, Хьюго Дуроу, Пейхуа Хуан, Вадим Мочалин, Пьерр Мочалин -Луи Таберна, Патрис Саймон (2010) Сверхмощные суперконденсаторы микрометрового размера на основе луковичного углерода.