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STABILISATION DES CONDENSATEURS ELECTROLYTIQUES.
La présente invention est relative aux condensateurs électrolytiques, et, plus particulièrement aux condensateurs électrolytiques comprenant des électrolytes contenant des substances qui ont pour effet, de stabiliser les condensateurs vis-à-vis d'une altération de leurs propriétés électriques.
Une caractéristique des condensateurs électrolytiques est leur tendance à une diminution de capacité et à une augmentation du facteur de puissance pendant l'emploi. Une caractéristique des condensateurs électro- lytiques est souvent également une tendance à une augmentation du courant de fuite de courant continu quand ils sont d'abord mis en service jusqu'à ce qu'une pointe du courant de fuite soit atteinte après quoi la fuite tend à diminuer.
Ces condensateurs électrolytiques sont composés d'une paire d' électrodes, au moins une de celles-ci étant réalisée en un métal qui possède sur sa surface un film d'oxyde formé "anodiquement", le film d'oxyde étant en contact avec un électrolyte conducteur. L'altération de la capacité et du facteur de puissance de ces condensateurs paraît être associée avec une modification progressive dans ce film d'oxyde pendant l'emploi. Ainsi., avec des électrodes de tantale, le film originel est une couche unie présen- tant une couleur d'interférence dépendant de l'épaisseur du film qui, à son tour, est dépendante du voltage auquel le film a été formé.
Pendant l'emploi du condensateur, ce film d'oxyde devient graduellement d'un gris terne et le degré d'altération des propriétés électriques augmente progressivement à mesure que le grisonnement progresse. Des effets analogues se présentent avec des électrodes faites en d'autres métaux filmogènes.
La présente invention est basée sur la découverte que les composés organiques nitrés stables, particulièrement ceux solubles d'une façon appréciable dans les électrolytes des condensateurs, ont pour effet de retar-
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der à la fois l'altération des propriétés électriques des condensateurs électrolytiques et la vitesse de grisonnement, ou une modification analogue du film d'oxyde susmentionné.
Des exemples de condensateurs stabilisés suivant la présente invention sont représentés aux dessins ci-annexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe en élévation d'un condensateur électrolytique du type à feuilles métalliques enroulées, enfermées à l'intérieur d'un bottier; - la figure 2 est une vue en perspective du condensateur de la figure 1, hors du boîtier et partiellement déroulé pour montrer sa construction,et - la figure 3 est une coupe en élévation d'un condensateur éleotrolytique possédant une anode poreuse formée de poudre métallique agglomérée.
Dans la forme de condensateur représentée en figures 1 et 2, le dispositif condensateur 1 est du type à feuilles métalliques enroulées., étant composé d'une paire de feuilles métalliques 2, 3 formées d'un métal filmogène tel que le tantale, l'aluminium, le magnésium ou le béryllium., possédant des films d'oxyde formés anodiquement sur leurs surfaces et séparées l'une de l'autre par des couches doubles 4, 5 d'un papier pour condensateur? à faible -densitétel que du papier kraftà faible densi-c.
L'ensemble "feuille métallique-papier est enroulé en un cylindre compact Les bornes métalliques 6, 7, de préférence formées du même métal que les feuilles métalliques, sont assujetties aux extrémités des feuilles métallique, respectives? par exemple par soudure par points.
Le dispositif condensateur 1, imprégné d'un électrolyte contenant un des stabilisateurs suivant la présente invention, est enfermé dans un boitier tubulaire 8, formé d'un matériau adéquat tel que de l'argent ou du cuivre argenté. Les bornes 6, 7 s'étendent à partir des extrémités respectives du bottier tubulaire 8, en passant successivement au travers des pièces intercalaires isolantes 9, 10 en forme de disque, et au travers des bouchons de scellement cylindriques en caoutchouc 11, 12. Les deux extrémités du boitier tubulaire 8 sont serties sur les bouchons de scellement 11, 12 respectifs de façon à former une fermeture hermétique. L'espace libre à l'intérieur du bottier est rempli avec un électrolyte 13 contenant un des stabilisateurs sui- vant la présente invention.
Dans la forme de condensateur représentée en figure 3, une anode 14 est formée d'un corps en une poudre d'un métal filmogène de préférence du tantale, agglomérée autour d'une broche centrale 15 qui est formée du même métal que le corps aggloméré et qui est soudée à la plaque de base 16, également formée du même métal. Un boîtier 17 formé d'un métal adéquat., tel que de l'argent, renferme ladite anode 14 et sert lui-même de cathode. Le boîtier, qui renferme un électrolyte 18 contenant un stabilisateur suivant la présente invention, est scellé en sertissant ses extrémités sur une garniture 19 formée en un matériau isolant en caoutchouc qui entoure la plaque de base 16 et la rondelle isolante adjacente 20, qui péut, adéquatement être formée d' une matière plastique.
Un conducteur d'extrémité de cathode 21 est assujetti au boîtier 17, de toute manière adéquate, par exemple par soudure. Un conducteur d'anode 22 est soudé à la plaque de base 16.
Les stabilisateurs suivant la présente invention sont efficaces avec chacun des électrolytes ordinaires, aqueux ou non-aqueux., qui sont utilisés dans les condensateurs électrolytiques. Dans le condensateur du type à feuilles métalliques enroulées, tel que celui représenté en figures 1 et 2 il est commun d'utiliser un électrolyte de type visqueux, tel qu'un glycoborate aqueux ou non-aqueux. Ainsi., un électrolyte adéquat peut comporter environ 50 pour cent d'éthylène glycol., 15 pour cent de borate d'ammonium 'et 35 pour cent d'eau. Des électrolytes non-aqueux analogues peuvent être obtenus en substituant d'autres solvants organiques, tels que la triéthanolamine à l'eau, dans l'électrolyte aqueux susmentionné ou autres électrolytes aqueux.
Dans un type d'électrode poreuse, de condensateur électrolytique
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comme représenté en figure 3, il est habituellement souhaitable d'employer un électrolyte relativement fluide pour permettre une pénétration complète des pores. Un électrolyte adéquat à un tel but, est une solution aqueuse de chlorure de lithium. Comme signalé précédemment, les stabilisateurs suivent la présente invention sont efficaces avec tous ces électrolytes et avec les autres électrolytes qui peuvent être utilisés dans des condensateurs électro- lytiques.
Comme signalé auparavant, les stabilisateurs suivant la présente invention, sont des composés organiques nitrés. On a établi que c'est le grou- pe nitro de ces composés qui produit l'action de stabilisation en sorte que la structure chimique du reste de la molécule est sans importance pour déter- miner si la stabilisation se produira ou non. Cependant,d'autres radicaux présents dans le composé organique nitré peuvent avoir différents effets sur l'activité du groupe nitro en sorte que l'efficacité stabilisante de certains composés nitrés sera plus grande que celle d'autres composés.
Les stabilisateurs peuvent être des hydrocarbures nitrés mais, de préférence, les composés renferment également un ou plusieurs autres groupes polaires, tels que des groupes hydroxyles ou amines, pour augmenter la solubilité du stabilisateur dans l'électrolyte. La présence de groupes sulfoniques est cependant, à éviter vu que leur acidité a pour résultat une attaque du film d'oxyde des électrodes. Vu que les métaux plus élevés dans la série électrochimique forment des oxydes qui sont plus sensibles à l'aci- dité, des condensateurs électrolytiques formés avec des électrodes d'aluminium, par exemple, seront plus sensibles à l'acidité de l'électrolyte que des condensateurs formés avec des électrodes de tantale.
Des stabilisateurs qui possèdent une constante de dissociation maximum de 10-5 à 25 C, ne prêteront à aucune objection du point de vue acidité. La constante de dissociation k est définie par l'équation
2 a k = v (1-a) dans laquelle v est le volume, en litres d'une solution contenant un poids de 1 molécule-gramme de la substance acide, a est la partie d'acide ionisée et 1-a est la partie d'acide non ionisée.
Il est aussi nécessaire que le stabilisateur soit stable vis- à-vis d'une réaction chimique avec l'électrolyte, telle qu'elle détruirait sa structure organique nitrée et vis-à-vis d'une décomposition chimique à la fois à la température de fonctionnement du condensateur et à la température à laquelle le condensateur est imprégné de l'électrolyte. Les composés aromatiques nitrés, c'est-à-dire les composés aromatiques possédant des radicaux nitro fixés directement sur leurs noyaux aromatiques, sont, par conséquente particulièrement adéquats au but de la présente invention en raison de leur stabilité chimique élevée. Les composés aliphatiques nitrés qui sont stables dans les conditions énoncées ci-avant, sont également adéquats aux buts de la présente invention.
Les tableaux suivants illustreront la stabilisation de la capacité et du facteur de puissance et la réduction de la fuite de courant continu de pointe, ce qui est réalisé par l'addition de composés organiques nitrés., aux électrolytes 'des condensateurs électrolytiques. Dans le tableau 1 ci-après, les résultats sont donnés pour une série d'essais sur des conden- sateurs électrolytiques possédant des électrodes à feuilles de tantale séparées par deux couches de papier kraft, à faible densité, de chacune un demimillième de pouce d'épaisseur. Les électrodes ont été formées sous une tension de formation de courant continu de 200 volts à 100 C, dans un électrolyte -,queux au glyco-borate. Comme il est d'usage, la formation a été poursuivie jusque ce que le courant de fuite décroisse à une valeur minimum.
Les condensateurs ont été imprégnés avec l'électrolyte aqueux composé d'éthylène-glycol, de torate d'ammonium et d'eau, qui a été décrit auparavant.
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Les condensateurs ont été essayés sous un potentiel de 150 volts à 85 C, pendant 2000 heures.
Les mesures de la perte de capacité en fin dressai ont été faites en pour cent de la capacité initiale au commencement de l'essai. Les mesures du facteur de puissance en fin dressai et de la vapeur de pointe du courant de fuite de courant continu atteinte pendant l'essai ont également été faites. Les mesures de capacité et du facteur de puissance ont été effectuées à 60 cycles. Les essais ont été effectués sur des condensateurs ne comportant pas de stabilisateurs ajoutés et contenant des quantités variables de différents stabilisateurs, comme indiqué dans le tableau.
TABLEAU
EMI4.1
<tb>
<tb> Agent <SEP> d'addition <SEP> Perte <SEP> de <SEP> Facteur <SEP> de <SEP> Pointe <SEP> de <SEP> fuite <SEP> de <SEP> courent
<tb> capacité <SEP> % <SEP> puissance <SEP> % <SEP> continu <SEP> pendant <SEP> l'essai
<tb> micro-ampères.
<tb>
Aucun <SEP> 41,8 <SEP> 8,0 <SEP> 25 <SEP> ,4 <SEP>
<tb>
EMI4.2
2% o-nitroaniline &,0 5 ,6 T,0 3%nitrobenzène 29,0 5,9 18,3 5% p-nitrophënol 29;3 6,1 21,9
Dans le tableau 2 ci-après, sont enregistrés les résultats d' essais sur des condensateurs qui étaient analogues, sauf que la formation a été réalisée à 150 volts et 200 C et sauf que tressai a été poursuivi sur 1000 heures.
TABLEAU
EMI4.3
<tb>
<tb> Agent <SEP> d'addition <SEP> Perte <SEP> de <SEP> Facteur <SEP> de <SEP> Pointe <SEP> de <SEP> fuite <SEP> du <SEP> courant
<tb> capacité <SEP> % <SEP> puissance <SEP> % <SEP> continu <SEP> pendant <SEP> l'essai,
<tb> micro <SEP> ampères <SEP>
<tb>
<tb> Aucun <SEP> 7,7 <SEP> 6,1 <SEP> 6,5
<tb>
EMI4.4
2% p-nitro8.t.'1iline 3 a2 30 4
EMI4.5
<tb>
<tb> 2% <SEP> 2 <SEP> nitro <SEP> 2 <SEP> méthyl
<tb>
EMI4.6
1 propanol 2,2 2,4 3,6
EMI4.7
<tb>
<tb> 2% <SEP> 2,4 <SEP> dinitro <SEP> 4
<tb> hydroxy <SEP> diphényl-
<tb>
EMI4.8
'amine 3 6 1 s2 3 ,
8
Le tableau 3 ci-après donne les résultats d'essais de condensa- teurs dont les électrodes ont été formées sous un potentiel de 2000 volts à 200 C et qui ont été soumis à essai pendant 2000 heures Les condensateurs dans cet essai, étaient imprégnés d'un électrolyte non-aqueux du type susmen- tionné. Dans ce tableau, aucune valeur de fuite de courant continu de pointe n'est donnée vu que ces condensateurs ne présentaient pas de telle pointe mais diminuaient régulièrement en fuite de courant continu à partir du commencement de tressai.
TABLEAU 3
EMI4.9
<tb>
<tb> Agent <SEP> d'addition <SEP> Perte <SEP> de <SEP> capacité <SEP> % <SEP> - <SEP> -facteur <SEP> de <SEP> puissance <SEP> %
<tb>
<tb> Aucun <SEP> 1,9 <SEP> 9,3
<tb> 5% <SEP> p-nitrophénol <SEP> 0,0 <SEP> 3,4
<tb>
Des proportions représentatives des stabilisateurs ajoutés sont
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données dans les tableaux ci-avant. Il est ordinairement désirable qu'au moins 0,05 pour cent en poids et de préférence au mins 1 pour cent en poids du stabilisateur soit ajouté à l'électrolyte. Une gamme désirable de proportions du stabilisateur est de 2 à 10 pour cent ou de 2 pour cent jusque la limite de solubilité dans l'électrolyte. Il n'est ordinairement pas utile d'ajouter une quantité de stabilisateur supérieure à celle qui est soluble dans l'électrolyte à la température d'imprégnation.
En négligeant la solubilité, les stabilisateurs ne seront ordinairement pas ajoutés en quan- tités supérieures à 15 pour cent, quoique de plus grandes quantités peuvent évidemment être ajoutées si on le désire. Les stabilisateurs sont ordinai- rement ajoutés en les dissolvant dans l'électrolyte avant que l'électrolyte soit ajouté au condensateur. Dans les condensateurs du type à feuilles mé- talliques, l'imprégnation du condensateur avec l'électrolyte stabilisé est ordinairement effectuée à une température élevée telle qu'approximativement
110 C, avec l'application intermittente d'un vide partiel. Une quantité ad- ditionnelle de l'électrolyte stabilisé est ordinairement aussi ajoutée au boîtier dans lequel le condensateur imprégné est disposé.
Dans le condensa- teur à anode agglomérée, l'imprégnation de l'anode poreuse peut aussi être réalisée d'une manière analogue, par exemple par l'application d'une manière intermittente d'un vide partiel, en utilisant un électrolyte à une tempéra- ture d'environ 90 C.
L'invention a été décrite ci-avant pour des formes d'exécution spécifiques, et .vu que certaines modifications et équivalences peuvent appa- raître aux spécialistes, il est entendu que cette description est illustrait - ve de l'esprit de l'invention mais n'en constitue pas nécessairement une li- mitation .
REVENDICATIONS
1. Condensateur électrolytique, caractérisé en ce que l'électro- lyte du condensateur contient une petite quantité d'un composé organique nitré qui possède une constante de dissociation maximum de 10-5 à 25 c.