电解液作为负极的铝电解电容器总是存在寿命问题、性能随温度变化,漏电流、可承受纹波电流小等问题。随着应用领域,特别是军工领域和高可靠应用领域,铝电解电容器显得有些力不从心。于是产生新的替代想法。电解电容器最大的特点就是电容量大。除了铝以外所有的“阀金属”,在理论上都可以做成电解电容器。而铝电解电容器则是第一个可以实用的电解电容器。所谓的“阀金属”也就是通过电化成方式获得稳定氧化膜介质的金属。

 

在铝电解电容器之后,钽电解电容器问世。

 

由于钽电解电容器的氧化钽介质薄膜的化学性质和制造方法与铝电解电容器的不同,因此也就不存在铝电解电容器中的氧化铝膜被氯离子腐蚀或其他金属产生电化学反应等问题。因此,钽电解电容器的性能相对铝电解电容器稳定。

 

钽是一种比较硬的金属,延展性不好,因此无法像铝电解电容器那样轧制成钽箔。也由于钽的化学性质相对铝非常稳定,不适合用电化成方式获得氧化钽膜。这两个因素使得钽电解电容器的问世远远落后于铝电解电容器。

 

在有限的面积或体积下获得尽可能大的表面积,除了轧制成箔、使表面凸凹不平的腐蚀箔以外,还可以像泡沫塑料那样制成多孔化材料实现巨大的表面积。

 

钽电解电容器就是基于这个思路制成的。将压制成型的钽粉烧结成多孔化的钽块,再将多孔化钽块所有的表面“氧化”获得致密的氧化钽膜,形成钽电解电容器的正极和介质膜。

 

如何将负极与氧化钽膜紧密的接触,最简单的办法就是用液态负极。因此最早的钽电解电容器就是液态钽电解电容器,问世于1949年。液态负极,应用起来还是不方便,人们总是希望固态负极的钽电解电容器,设法将二氧化锰进入化成好的钽块内部每一个空洞中,再用石墨或银等将负极引出,就可以成为固态钽电解电容器。1956年,固体烧结钽电解电容器问世。固态钽电解电容器问世使我们在电路板上经常看到贴片装配的钽电解电容器或插件的钽电解电容器。

 

尽管钽电解电容器有着许多由于铝电解电容器的优点,但是铝电解电容器还是占据着巨大多数的电解电容器应用领域。甚至军工电容器还不得不引用铝电解电容器。这说明钽电解电容器也有缺点:其一钽是稀土金属,免不了价格昂贵,而地壳丰度最高的铝制很容易得到的;其二是钽电解电容器无法制作出高压钽电解电容器,因此在高压应用中不得不用铝电解电容器。

 

尽管钽电解电容器在电性能和可靠性方面优于铝电解电容器,随着新型电容器的问世和廉价化,使得钽电解电容器的应用越来越少。其原因是,有些应用,钽电解电容器可以被更廉价的其他电容器替代,或者被性能更好的电容器替代,如被MLCC替代,被固态铝电解电容器替代等。

 

钽电解电容器也有特殊的优势,如选择合适的电解液,可以做出在230℃高温下工作的电解电容器。在这个温度下除了聚四氟电容器外,铝电解电容器和绝大多数薄膜电容器和陶瓷电容器无法做到的。

 

 

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《Hi,我是电解电容器》系列之十四:钛电解电容器与“铁电解电容器”的无奈

 

摘要:在“阀金属”中还有铌、铁、钛等,铌电解电容器与钽电解电容器类似,不再赘述。而其中,由于铁比较活泼,其氧化层很容易被酸性或碱性液体所改变化学性质,因此无法实现铁电解电容器。