Рабочие электролиты на основе гамма-бутиролактона для алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов

• Автор: Волков, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 175 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Конструкция и свойства электролитических конденсаторов

1.1.1. Алюминиевый электролитический конденсатор.

1.1.2. Кинетика анодирования алюминия

1.1.3. Потенциал алюминия в условиях правильно разомкнутой цепи

1.1.4. Отрицательный дифференцэффект на алюминии

1.1.5. Химический состав оксида анодированного алюминия

1.1.6. Кристаллическая структура анодного оксида алюминия

1.1.7. Морфология пористых анодных оксидов алюминия

1.2. Основные причины отказов алюминиевых оксидноэлектролитических конденсаторов

1.3. Роль рабочего электролита в электролитическом конденсаторе и предъявляемые к ним требования.
1.4. Рабочие электролиты на основе этиленгликоля.
1.5. Рабочие электролиты на основе диметилформамида
1.6. Рабочие электролиты на основе гамма бутиролактона.
ГЛАВА II. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследованные металлы и подготовка образцов для испытаний.
2.2. Методика измерения удельного сопротивления рабочих электролитов
2.3. Методика определения напряжения искрения исследуемых рабочих электролитов.
2.4. Методика определения формующей способности исследуемых рабочих электролитов.
2.5. Методика определения вязкости исследуемых рабочих электролитов
2.6. Методика определения исследуемых рабочих электролитов
2.7. Методика оценки последовательности фазовых превращений исследуемых рабочих электролитов.
2.8. Методика определения концентрации воды в исследуемых рабочих электролитах
2.9. Методика исследования электрохимических реакций, протекающих на границе раздела фаз электролит фольга, методом получения поляризационных кривых ПК.
2 Методика определения скорости коррозии алюминия в исследуемых рабочих электролитах
2 Схема и принцип работы установки для измерения катодного потенциала и анодного оксидирования алюминия.
2 Методика измерения стационарного потенциала алюминия в электролитах с органическими ингибиторами
2 Методика оксидирования алюминия и снятия катодной поляризационной кривой
2 Методика исследования процесса газовыделения в конденсаторах
2 Моделирование электрохимических процессов с помощью эквивалентной электрической схемы.
ГЛАВА III. ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ПАРАМЕТРЫ РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ
НАДЕЖНУЮ РАБОТУ КОНДЕНСАТОРА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ
УСЛОВИЯХ.
3.1. Исследование влияния соотношения органических растворителей на температуру кипения и температуру замерзания
3.2. Исследование влияния концентрации аминов, ионогенов на рабочие параметры электролита.
3.2.1. Исследования влияния аминов на электрические параметры бинарных систем
3.2.2. Исследование природы и концентрации кислот на удельное сопротивление и формующую способность бинарных систем
3.3. Исследование последовательности фазовых превращений электролитов.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ III.
ГЛАВА IV. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ НА ПОДАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА КАТОДНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА.
4.1. Изучение влияния органических ингибиторов на величину ЭДС системы А1 электролит хлорсеребряный электрод.
4.2. Влияние добавок органических ингибиторов на параметры рабочих электролитов
4.3. Изучение влияния добавок органических ингибиторов на характер кривых Е 1.
4.4. Изучение влияния добавок органических ингибиторов на газовыделение в модельных конденсаторах.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ IV
ГЛАВА V. ВЛИЯНИЕ РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА
ЭЛЕТРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЮМИНИЕВОЙ ФОЛЬГИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ В ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРАХ
5.1. Исследование физикохимических свойств рабочих электролитов в зависимости от температуры
5.2. Исследование электрохимических процессов, протекающих на алюминиевой фольге
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ V.
ГЛАВА VI. ВЛИЯНИЕ ВОДЫ НА ПРОЦЕСС ПАССИВАЦИИ АЛЮМИНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИТАХ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ
РАСТВОРИТЕЛЕЙ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ VI
ГЛАВА VII. ВЛИЯНИЕ РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА КОРРОЗИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРАХ
7.1. Исследования коррозионного поведения алюминия в электролитах на основе этиленгликоля и гаммабутиролактона.
7.2. Исследования кинетики электрохимических процессов, протекающих в системах на основе этиленгликоля и гаммабутиролактона.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ VII.
ГЛАВА VIII. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СИНТЕЗУ РАБОЧИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, СПОСОБНЫХ ОБЕСПЕЧИТЬ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ АОЭК В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ
УСЛОВИЯХ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ VIII
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Очевидно, чтобы достигнуть более высокой емкости конденсатора, диэлектрическая проницаемость и площадь диэлектрика должны быть как можно больше, а толщина диэлектрика как можно меньше. В таблице 1 показаны значения диэлектрических постоянных и толщина материалов, использующихся в различных типах конденсаторов 9. Таблица 1. Значения диэлектрических постоянных и толщина материалов для различных типов конденсаторов. Тип конденсатора Диэлектрик Диэлектрич. Однако, чем тоньше диэлектрик, тем меньше напряжение его пробоя. В случае электролитических конденсаторов толщину диэлектрика можно снижать, рассчитывая ее на определенное максимальное рабочее напряжение и снижая габариты конденсатора. Но чем тоньше оксидная пленка, тем более жесткие требования предъявляются к механической стойкости, к их надежности, долговечности и срокам службы , . Структура оксида зависит от электролита, режимов анодирования. При анодировании алюминиевой фольги сначала образуется барьерный оксид, а затем более толстый пористый слой. Непористый барьерный оксид может расти в нейтральных растворах боратов, солей винной кислоты, фосфатов и т. Пористый оксид растет в серной и щавелевой кислотах . Вероятно, внешняя часть оксида гидрирована и пропитана электролитом, поэтому граница оксид вода отделена от поверхности. В этом случае возможно протекание химических реакций. Реакция протонирования приводит к образованию некоторых растворимых комплексных ионов, которые диффундируют в объем раствора, что приводит к растворению и утончению оксидного слоя. Скорость этого процесса должна быть функцией от концентрации ионов водорода в растворе. Внутри питтинга существенно снижается . Для размерного нанесения оксида алюминия на фольгу в литературе приводятся данные, что на 1 В напряжения на электродах от источника питания в определенных по составу электролитах формируется пленка толщиной 1,,8 нм без учета плотности тока. При этом следует учитывать, что на анодированных образцах алюминия происходит некоторое растворение пленки. Алюминий, который контактировал с кислородом воздуха, всегда покрыт тонким защитным слоем оксида. Если металл помещен в водный электролит, где присутствует свободный кислород, начинается коррозионный процесс, приводящий через некоторое время к устойчивому состоянию между металлом и раствором. Такое состояние характеризуется потенциалом разорванной цепи ОСР. Коррозионный процесс представлен моделью Вагнера Трауда . Однако частичный ток анодного растворения металла имеет отчасти необычные характеристики. Он остается постоянным при изменении потенциала в анодной области и увеличивается с ростом . Возможно процесс растворения контролируется диффузией ионов ОН в раствор. При изучении механизма анодного растворения алюминия в растворах, содержащих галогенидионы, установлено, что скорость выделения водорода линейно увеличивается с ростом плотности анодного тока отрицательный дифференцэффект ОДЭ . Это явление объясняется через линейный рост числа активных центров с ростом плотности анодного тока. Эти центры связаны со структурой пленки или толщиной пленки и отличаются по свойствам от пленки при ОСР. Область питттинга увеличивается, поэтому увеличивается и скорость коррозии. Можно объяснить этот эффект присутствием субвалентных ионов А1, образующихся на границе металлвода. Состав оксида алюминия это корунд А. В нескольких работах было показано, что алюминий и кислород распределены квазигомогено . Стехиометрия оксида близка к формуле А , хотя авторы указывали на недостаток А1 в пленке. Напротив, в статье приводятся данные о составе оксида, когда в нем обнаружен недостаток кислорода. Нестехиометрия в оксиде алюминия может быть вызвана гидратацией, неполным окислением металла или образованием дефектов на границах зерен . Важным фактором состава оксида являются компоненты электролита. Большинство анодных пленок имеют аморфную структуру с отсутствием дальнего порядка с октаэдрической и тетраэдрической координацией ионов алюминия. Согласно литературе аморфные оксиды алюминия могут быть представлены как плотноупакованный ряд А молекулярных единиц. Соединение этих рядов дает примерно равную смесь октаэдрических и тетраэдрических мест, занятых А .