电容

高分子固体电容器又叫聚合物电解电容器,是指以高分子导电材料(PEDT)取代传统电解液的固态电解电容器,现在有高分子固体铝电解电容器和高分子固体钽电解电容器两种。

在电解电容中,传统的铝电解电容由是以电解液作为阴极材料,摆脱不了因为物理特性而受热膨胀,出现漏液的危险现象,让铝电解电容器面临著前所未有的压力和挑战,部分市场悲观地认定铝电解电容已经穷途末路,未来将退出被动元件舞台舞台。另外,传统钽电解电容采用二氧化锰作为阴极材料,除了由于电压问题容易出现燃烧的危险之外,更因为环保问题使得未来市场大幅受限。此外,由于有机半导体TCNQ是一种氰化物,在高温时容易挥发出剧毒的氰气,在生产和使用中会有限制。

同样的传统钽电容由于选择二氧化锰作为阴极也是有很多固有的缺点。

MnO2作为钽电容阴极的缺点:

a.电导率小,约为0.1~1S/cm,使得等效串联电阻(ESR)过大,限制了钽电容的高频特性。

b. MnO2与介质层的材料热膨胀系数差异所产生的应力高温被膜过程会破坏介质层。

c. MnO2材料含氧量较高,容易在工作时发生自燃现象。

       以高分子导电材料取代传统电解液的固态铝质电解电容器,具有高频低阻抗(10毫欧)、高温稳定(-50度~125度)、快速放电、减小体积、无漏液现象,以及在85℃的工作环境中,寿命最高可达40,000小时等等优点。



高分子固体电容器的阴极材料可用聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩三种。


a.聚苯胺(PAn):电导率可达10S/cm一125S/cm,

但聚苯胺在形成有机导电聚合过程中会产生联苯胺,这是一种有毒物质,因为没能很好解决这一问题,聚苯胺作为钽电解电容器阴极材料的受到了一定的限制。

b.聚吡咯(PPY):聚吡咯的稳定性很好,其电导率通常可达100 S/cm 左右,但是在高温、高湿环境下,PEDOT 的稳定性要好于聚吡咯。


c.聚( 3,4-聚乙烯二氧噻吩)(PEDOT):PEDOT具有热稳定性、高电导率(300S/cm)、加工工艺简单等特点,这些优势都超出了同类型材料,因此PEDOT被研究的最多,成为主流。



聚苯胺,高分子化合物的一种,具有特殊的电学、光学性质,经掺杂后可具有导电性及电化学性能。经一定处理后,可制得各种具有特殊功能的设备和材料,如可作为生物或化学传感器的尿素酶传感器、电子场发射源、较传统锂电极材料在充放电过程中具有更优异的可逆性的电极材料、选择性膜材料、防静电和电磁屏蔽材料、导电纤维、防腐材料,等等。聚苯胺因其具有的原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点而得到了广泛的研究和应用。


聚吡咯(polypyrrole)是一种常见的导电聚合物。纯吡咯单体常温下呈现无色油状液体,是一种C,N五元杂环分子,沸点是129.8℃,密度是0.97g/cm3,微溶于水,无毒。

聚吡咯有较高的电导率、良好的环境稳定性和容易合成等特点,一直受到广泛关注,是MnO2比较理想的替代品。钽阳极体结构较复杂,而且表面有一层Ta2O5介质氧化膜,因此如何尽量减少对介质氧化膜的破坏,并在其表面形成均匀完整的,电导率高稳定性好的聚合物膜层,是制造聚合物钽电解电容器的关键技术之一。可以通过控制电解质浓度、浸渍的量和添加剂的加入等条件来控制钽氧化物表面聚合物膜层的状态。与MnO2相比,聚吡咯可以用简单的方法合成,不需要热分解,对介质氧化物膜层伤害较小,并且聚吡咯钽电解电容器具有极低的等效串联电阻,很小的损耗值,高的应用频率上限,良好的容量-频率特性和阻抗-频率特性,较宽的工作温度范围和较大的抗纹波电流能力,是一种优良的阴极材料。


聚噻吩 PEDT有如下优点:①在可见光谱内具有高透射率及较高导电率②最小表面电阻可达150Ω/cm2(决于制造条件)③更好的抗水解性、光稳定性及热稳定性④在高PH值时,导电性不会下降。此外,固态电容采用导电性高分子产品PEDT做为阴极材料的电容,其电导率可以达到100S/,这是TCNQ盐的100倍,是电解液的10000倍,同时也没有污染。固体聚合物导体电容的温度特性也比较好,可以忍耐300°C以上的高温,因此可以使用SMT贴片工艺安装,也适合大规模生产。固体聚合物导体电容的安全性较好,当遇到高温的时候,电解质只是熔化而不会产生爆炸,因此它不像普通铝电解液电容那样开有防爆槽。




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