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電容

高分子固體電容器又叫聚合物電解電容器,是指以高分子導電材料(PEDT)取代傳統電解液的固態電解電容器,現在有高分子固體鋁電解電容器和高分子固體鉭電解電容器兩種。

在電解電容中,傳統的鋁電解電容由是以電解液作為陰極材料,擺脫不了因為物理特性而受熱膨脹,出現漏液的危險現象,讓鋁電解電容器面臨著前所未有的壓力和挑戰,部分市場悲觀地認定鋁電解電容已經窮途末路,未來將退出被動元件舞臺舞臺。另外,傳統鉭電解電容采用二氧化錳作為陰極材料,除了由于電壓問題容易出現燃燒的危險之外,更因為環保問題使得未來市場大幅受限。此外,由于有機半導體TCNQ是一種氰化物,在高溫時容易揮發出劇毒的氰氣,在生產和使用中會有限制。

同樣的傳統鉭電容由于選擇二氧化錳作為陰極也是有很多固有的缺點。

MnO2作為鉭電容陰極的缺點:

a.電導率小,約為0.1~1S/cm,使得等效串聯電阻(ESR)過大,限制了鉭電容的高頻特性。

b. MnO2與介質層的材料熱膨脹系數差異所產生的應力高溫被膜過程會破壞介質層。

c. MnO2材料含氧量較高,容易在工作時發生自燃現象。

       以高分子導電材料取代傳統電解液的固態鋁質電解電容器,具有高頻低阻抗(10毫歐)、高溫穩定(-50度~125度)、快速放電、減小體積、無漏液現象,以及在85℃的工作環境中,壽命最高可達40,000小時等等優點。



高分子固體電容器的陰極材料可用聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩三種。


a.聚苯胺(PAn):電導率可達10S/cm一125S/cm,

但聚苯胺在形成有機導電聚合過程中會產生聯苯胺,這是一種有毒物質,因為沒能很好解決這一問題,聚苯胺作為鉭電解電容器陰極材料的受到了一定的限制。

b.聚吡咯(PPY):聚吡咯的穩定性很好,其電導率通??蛇_100 S/cm 左右,但是在高溫、高濕環境下,PEDOT 的穩定性要好于聚吡咯。


c.聚( 3,4-聚乙烯二氧噻吩)(PEDOT):PEDOT具有熱穩定性、高電導率(300S/cm)、加工工藝簡單等特點,這些優勢都超出了同類型材料,因此PEDOT被研究的最多,成為主流。



聚苯胺,高分子化合物的一種,具有特殊的電學、光學性質,經摻雜后可具有導電性及電化學性能。經一定處理后,可制得各種具有特殊功能的設備和材料,如可作為生物或化學傳感器的尿素酶傳感器、電子場發射源、較傳統鋰電極材料在充放電過程中具有更優異的可逆性的電極材料、選擇性膜材料、防靜電和電磁屏蔽材料、導電纖維、防腐材料,等等。聚苯胺因其具有的原料易得、合成工藝簡單、化學及環境穩定性好等特點而得到了廣泛的研究和應用。


聚吡咯(polypyrrole)是一種常見的導電聚合物。純吡咯單體常溫下呈現無色油狀液體,是一種C,N五元雜環分子,沸點是129.8℃,密度是0.97g/cm3,微溶于水,無毒。

聚吡咯有較高的電導率、良好的環境穩定性和容易合成等特點,一直受到廣泛關注,是MnO2比較理想的替代品。鉭陽極體結構較復雜,而且表面有一層Ta2O5介質氧化膜,因此如何盡量減少對介質氧化膜的破壞,并在其表面形成均勻完整的,電導率高穩定性好的聚合物膜層,是制造聚合物鉭電解電容器的關鍵技術之一??梢酝ㄟ^控制電解質濃度、浸漬的量和添加劑的加入等條件來控制鉭氧化物表面聚合物膜層的狀態。與MnO2相比,聚吡咯可以用簡單的方法合成,不需要熱分解,對介質氧化物膜層傷害較小,并且聚吡咯鉭電解電容器具有極低的等效串聯電阻,很小的損耗值,高的應用頻率上限,良好的容量-頻率特性和阻抗-頻率特性,較寬的工作溫度范圍和較大的抗紋波電流能力,是一種優良的陰極材料。


聚噻吩 PEDT有如下優點:①在可見光譜內具有高透射率及較高導電率②最小表面電阻可達150Ω/cm2(決于制造條件)③更好的抗水解性、光穩定性及熱穩定性④在高PH值時,導電性不會下降。此外,固態電容采用導電性高分子產品PEDT做為陰極材料的電容,其電導率可以達到100S/,這是TCNQ鹽的100倍,是電解液的10000倍,同時也沒有污染。固體聚合物導體電容的溫度特性也比較好,可以忍耐300°C以上的高溫,因此可以使用SMT貼片工藝安裝,也適合大規模生產。固體聚合物導體電容的安全性較好,當遇到高溫的時候,電解質只是熔化而不會產生爆炸,因此它不像普通鋁電解液電容那樣開有防爆槽。




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