淺述緩蝕劑對(duì)中高壓鋁電解電容器鋁箔的影響

摘要：淺述了緩蝕劑的作用機(jī)理和在鋁電解電容器中的具體應(yīng)用。簡(jiǎn)述了中高壓鋁電解電容器陽(yáng)極鋁箔腐蝕擴(kuò)孔時(shí)緩蝕劑的作用。并簡(jiǎn)單總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)腐蝕電容器陽(yáng)極鋁箔常用的緩蝕劑類型與特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 緩蝕劑；鋁電解電容器；腐蝕

0 引言

鋁電解電容器是現(xiàn)代電子產(chǎn)品中不可或缺的元件之一。由于它制作成本相對(duì)低廉，性能優(yōu)越，制作工藝簡(jiǎn)單，所以其市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)日漸龐大，已在電子產(chǎn)品中有了廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，鋁電解電容器的產(chǎn)量與市場(chǎng)需求也在迅速增長(zhǎng)并且正朝著小型化，高能化，成本最小化的方向發(fā)展。為了最大程度的實(shí)現(xiàn)電容器的高能化，提高比電容便是重中之重，已知電容器的比電容正比于介電常數(shù)和電介質(zhì)層的有效表面積，并且反比于電介質(zhì)層的厚度，而鋁氧化膜的介電常數(shù)是定值，電介質(zhì)層厚度往往由工作電壓來(lái)決定，所以增大鋁箔的比表面積便成為了目前最可行、最便捷的擴(kuò)容方法。目前廣泛應(yīng)用的方法是對(duì)鋁箔的表面進(jìn)行腐蝕擴(kuò)孔以增大表面積，從而增大比電容，緩蝕劑在其中起到了重要的作用。本文主要研究了緩蝕劑對(duì)中高壓鋁電解電容器比電容的影響，并進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和概述。

1.緩蝕劑在中高壓電解電容器中的作用

目前常采用的高比電容鋁箔的制備方法是將高純鋁箔放入含有鹽酸的混合電解液中用直流電長(zhǎng)時(shí)間侵蝕，從而使鋁箔表面生成均勻的孔洞，但電解液中的鹽酸同時(shí)也會(huì)使鋁箔變薄，腐蝕孔不能深入生長(zhǎng)，從而使比電容降低。這就要求添加緩蝕劑來(lái)削弱鹽酸侵蝕液對(duì)鋁箔的自腐蝕作用。

1.1.試驗(yàn)

此試驗(yàn)的電解液為鹽酸，添加少量的聚丙烯酸作為緩蝕劑，使用直流電流進(jìn)行腐蝕。結(jié)果為表1所示，圖表表明：緩蝕劑使中壓腐蝕鋁箔的比電容提高23%左右，失重有所降低[1.2]。

1.2.試驗(yàn)結(jié)論

觀察擴(kuò)孔后照片以及孔徑分布可以得出：使用緩蝕劑可以增大孔密度、減小孔徑。對(duì)于緩蝕機(jī)理，可以理解為由于分子量很大、鏈節(jié)較長(zhǎng)、分子尺寸較大，同時(shí)線性高分子的相互作用和纏繞，使之難以進(jìn)入鋁箔隧道孔的蝕孔內(nèi)部，只能吸附在鋁箔表面，從而使鋁箔表面的侵蝕減少，侵蝕擴(kuò)孔僅僅發(fā)生在蝕孔內(nèi)部，所以可以在失重較小的情況下獲得較高的比電容[2]。

2.緩蝕劑的作用機(jī)理

上述試驗(yàn)中應(yīng)用了有機(jī)高分子緩蝕劑聚丙烯酸，雖然添加量較少，但是有效的抑制了鋁箔在鹽酸電解液中的自腐蝕，使得其電學(xué)性能明顯加強(qiáng)。而緩蝕劑種類繁多，對(duì)鋁箔的緩蝕效果各有不同，這就要求我們對(duì)每種緩蝕劑的作用機(jī)理做出深入的了解進(jìn)而在不同的電解液中使用最適合的緩蝕劑。

根據(jù)緩蝕劑對(duì)腐蝕介質(zhì)中金屬電極表面的作用原理，我們可以把緩蝕劑分為界面一直作用、電解質(zhì)層抑制作用、膜抑制作用、鈍化膜抑制作用四種，也可以簡(jiǎn)化分為界面作用機(jī)理和相界作用機(jī)理兩種[3]。本文主要討論鋁電解電容器陽(yáng)極箔的緩蝕，而陽(yáng)極緩蝕劑主要是對(duì)電池的陽(yáng)極電化學(xué)過(guò)程起阻滯作用，以引起陽(yáng)極極化作用增強(qiáng)，使腐蝕電位正移。從而抑制電子在陽(yáng)極的交換，使得腐蝕電流減小，從而達(dá)到緩蝕的目的。

從圖1的伊文斯極化圖我們可以看出：Ea為陽(yáng)極的初始點(diǎn)位，Ec為陰極的初始電位。在未加緩蝕劑時(shí)，陽(yáng)極的極化曲線EaA和陰極極化曲線EcA相交與點(diǎn)A。A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位為腐蝕點(diǎn)位Eo，對(duì)應(yīng)的電流也正是腐蝕電流Io。在加入某種陽(yáng)極型緩蝕劑以后，陽(yáng)極極化阻力增大，該現(xiàn)象在伊文斯曲線圖上可表示為陽(yáng)極的極化曲線的斜率增大。由圖可得陽(yáng)極極化曲線與陰極極化曲線交與點(diǎn)A*。這時(shí)的腐蝕點(diǎn)位相應(yīng)的上移到E，并且對(duì)應(yīng)的腐蝕電流為I*。由此可以得出結(jié)論，適量加入緩蝕劑之后，腐蝕點(diǎn)位增大，腐蝕電流減小，從而抑制了陽(yáng)極電極反應(yīng)的發(fā)生。

2.1. 其他緩蝕劑

除了聚丙烯酸，陽(yáng)極型緩蝕劑還有鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽、亞硝酸鹽、亞鐵氰化鈉、烷基胺、硫醇等[3]。

在此引用日本學(xué)者的實(shí)驗(yàn)。他提出，含有磺酸基的可溶性高分子電解質(zhì)可以有效的抑制鋁箔表面的溶解。此類電解質(zhì)包括聚苯乙烯磺酸、苯酚磺酸甲醛縮合體、聚乙烯磺酸以及他們的鹽。實(shí)驗(yàn)在310V條件下化成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示[2.4]。

雖然磺酸基實(shí)驗(yàn)證明的可溶性高分子電解質(zhì)在一定程度上可以增加鋁箔的比電容，但是目前該種電解質(zhì)的作用機(jī)理并不是十分明確。

2.2. 有關(guān)緩蝕劑的討論

可以肯定的是，緩蝕劑并沒(méi)有一種明確的定義，因?yàn)橐环N物質(zhì)是否能夠作為緩蝕劑是有高度的選擇性的。如在高溫高壓條件下的氧氣可以作為不銹鋼在氨基甲酸胺介質(zhì)中的緩蝕劑，少量水分是不銹鋼在高濃度醋酸介質(zhì)中的緩蝕劑等。某種緩蝕劑對(duì)一種金屬起到緩蝕作用的同時(shí)有可能對(duì)另一種金屬起到腐蝕作用。并且有時(shí)有些單獨(dú)使用緩蝕效果不好的化合物，經(jīng)過(guò)一定比例混合之后能夠具有良好的緩蝕性能。所以說(shuō)目前大量的無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物都有成為優(yōu)良緩蝕劑的可能。

3. 總結(jié)

通過(guò)以上論述，可以得到以下結(jié)論：

3.1.鋁電解電容器作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的重要元件，增大比電容是非常重要的。而增大鋁電解電容器的比電容常用的有效方法是提高鋁箔的比表面積。

3.2.通過(guò)電解對(duì)鋁箔表面進(jìn)行均勻孔蝕是提高比電容的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3.電解擴(kuò)面技術(shù)常常面臨鋁箔的自腐蝕問(wèn)題，這便要求使用高效的緩蝕劑來(lái)減緩鋁箔的自腐蝕，從而使孔蝕均勻化。

3.4.緩蝕劑可用于減緩鋁箔表面的自腐蝕，并且緩蝕劑種類繁多，對(duì)氣氛和介質(zhì)等具有較高的選擇性。不同緩蝕劑間還可通過(guò)混合等方式增強(qiáng)其緩蝕能力，這就要求我們理解各種緩蝕劑的作用機(jī)理，特別是有機(jī)緩蝕劑的結(jié)構(gòu)，才能夠充分運(yùn)用規(guī)律來(lái)不斷找到更多高性能的緩蝕劑，從而更大程度上的提高鋁箔的比電容。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王銀華，杜國(guó)棟，許金強(qiáng)，等。中高壓鋁電解電容器陽(yáng)極箔研究進(jìn)展。電子元件與材料，2006，25（6）：1001-2028

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作者簡(jiǎn)介：張臣（1991-），男，漢族，學(xué)士，聊城大學(xué)材料學(xué)院本科生