淺述緩蝕劑對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理和在鋁電解電容器中的具體應用。簡述了中高壓鋁電解電容器陽極鋁箔腐蝕擴孔時緩蝕劑的作用。并簡單總結了目前國內腐蝕電容器陽極鋁箔常用的緩蝕劑類型與特點。

關鍵詞： 緩蝕劑；鋁電解電容器；腐蝕

0 引言

鋁電解電容器是現代電子產品中不可或缺的元件之一。由于它制作成本相對低廉，性能優越，制作工藝簡單，所以其市場規模已經日漸龐大，已在電子產品中有了廣泛應用。隨著現代電子科學技術的突飛猛進，鋁電解電容器的產量與市場需求也在迅速增長并且正朝著小型化，高能化，成本最小化的方向發展。為了最大程度的實現電容器的高能化，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和電介質層的有效表面積，并且反比于電介質層的厚度，而鋁氧化膜的介電常數是定值，電介質層厚度往往由工作電壓來決定，所以增大鋁箔的比表面積便成為了目前最可行、最便捷的擴容方法。目前廣泛應用的方法是對鋁箔的表面進行腐蝕擴孔以增大表面積，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中高壓鋁電解電容器比電容的影響，并進行簡要介紹和概述。

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時間侵蝕，從而使鋁箔表面生成均勻的孔洞，但電解液中的鹽酸同時也會使鋁箔變薄，腐蝕孔不能深入生長，從而使比電容降低。這就要求添加緩蝕劑來削弱鹽酸侵蝕液對鋁箔的自腐蝕作用。

1.1.試驗

此試驗的電解液為鹽酸，添加少量的聚丙烯酸作為緩蝕劑，使用直流電流進行腐蝕。結果為表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.試驗結論

觀察擴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。對于緩蝕機理，可以理解為由于分子量很大、鏈節較長、分子尺寸較大，同時線性高分子的相互作用和纏繞，使之難以進入鋁箔隧道孔的蝕孔內部，只能吸附在鋁箔表面，從而使鋁箔表面的侵蝕減少，侵蝕擴孔僅僅發生在蝕孔內部，所以可以在失重較小的情況下獲得較高的比電容[2]。

2.緩蝕劑的作用機理

上述試驗中應用了有機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，使得其電學性能明顯加強。而緩蝕劑種類繁多，對鋁箔的緩蝕效果各有不同，這就要求我們對每種緩蝕劑的作用機理做出深入的了解進而在不同的電解液中使用最適合的緩蝕劑。

根據緩蝕劑對腐蝕介質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、電解質層抑制作用、膜抑制作用、鈍化膜抑制作用四種，也可以簡化分為界面作用機理和相界作用機理兩種[3]。本文主要討論鋁電解電容器陽極箔的緩蝕，而陽極緩蝕劑主要是對電池的陽極電化學過程起阻滯作用，以引起陽極極化作用增強，使腐蝕電位正移。從而抑制電子在陽極的交換，使得腐蝕電流減小，從而達到緩蝕的目的。

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

2.1. 其他緩蝕劑

除了聚丙烯酸，陽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]。

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

雖然磺酸基實驗證明的可溶性高分子電解質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的作用機理并不是十分明確。

2.2. 有關緩蝕劑的討論

可以肯定的是，緩蝕劑并沒有一種明確的定義，因為一種物質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中的緩蝕劑，少量水分是不銹鋼在高濃度醋酸介質中的緩蝕劑等。某種緩蝕劑對一種金屬起到緩蝕作用的同時有可能對另一種金屬起到腐蝕作用。并且有時有些單獨使用緩蝕效果不好的化合物，經過一定比例混合之后能夠具有良好的緩蝕性能。所以說目前大量的無機化合物和有機化合物都有成為優良緩蝕劑的可能。

3. 總結

通過以上論述，可以得到以下結論：

3.1.鋁電解電容器作為現代電子產品的重要元件，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.通過電解對鋁箔表面進行均勻孔蝕是提高比電容的關鍵技術。

3.3.電解擴面技術常常面臨鋁箔的自腐蝕問題，這便要求使用高效的緩蝕劑來減緩鋁箔的自腐蝕，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，對氣氛和介質等具有較高的選擇性。不同緩蝕劑間還可通過混合等方式增強其緩蝕能力，這就要求我們理解各種緩蝕劑的作用機理，特別是有機緩蝕劑的結構，才能夠充分運用規律來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：

[1] 閆康平，王建中，嚴季新。中高壓電容器鋁箔擴孔液中緩蝕劑的作用。電子元件與材料，2001，20（6） 1001-2028

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

[3] 崔維漢，唐夢奇，許淳淳，等。中國防腐蝕工程師實用技術大全（第一冊）。2001

[4] 達藤榮治，朝長浩之，神保晴男。電解コンデンサ用ァルミニゥム箔のエシチニグ方法[P]特開平7-123099.1995-12-25

作者簡介：張臣（1991-），男，漢族，學士，聊城大學材料學院本科生