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Polymer-Alu-Elkos mit 200 V Spannungsfestigkeit


Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Lebensdauer von Polymer-Alu-Elkos

Lebensdauer in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur für Alu-Elkos mit nassem Elektrolyten (blau) und für Polymer-Alu-Elkos (orange) im Vergleich
Bild 9. Lebensdauer in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur für Alu-Elkos mit nassem Elektrolyten (blau) und für Polymer-Alu-Elkos (orange) im Vergleich.
© Jianghai Europe Electronic Components)

Wie in der Tabelle bereits gezeigt, hat das Polymer als fester Elektrolyt eine wesentlich höhere Leitfähigkeit als flüssiger Elektrolyt. Daher folgt die Lebensdauer von Polymer-Kondensatoren auch nicht der klassischen Arrhenius-Formel: Statt einer Verdoppelung der Lebensdauer bei 10 K Abnahme der Umgebungstemperatur [1] verzehnfacht sich die Lebensdauer eines Polymer-Alu-Elkos bei 20 K Temperaturabfall:

L = L0 × 10 (TKat – TU)/(20 K)

Im Wesentlichen gehen daher lediglich die Umgebungstemperatur TU in Verbindung mit der oberen Kategorietemperatur TKat und der Lebensdauer L0 bei TKat in die Abschätzung der Lebensdauer ein. Bild 9 zeigt die überlegene Lebensdauer eines Polymer-Alu-Elkos bei verschiedenen Umgebungstemperaturen im Vergleich zu einem nassen Alu-Elko.

Relevante Anbieter

Ein möglicher Alterungsprozess für Polymerkondensatoren
Bild 10. Ein möglicher Alterungsprozess für Polymerkondensatoren.
© Jianghai Europe Electronic Components)

Der Alterungsmechanismus von elektrisch leitfähigen Polymeren ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten. Dabei untersuchen einige Gruppen [8, 10] insbesondere dünne Polymerfilme, da diese durch ihre Verwendung in Displays und Solarkollektoren von großer kommerzieller Bedeutung sind. Es wird vermutet, dass unter dem Einfluss höherer Temperaturen die Ionenbindungen zwischen PEDOT und PSS aufbrechen und sich leitfähige „Körner“ aus PEDOT-Oligomeren bilden: Die elektrische Leitfähigkeit insgesamt sinkt.

Bild 10 illustriert diese mögliche Wirkung der erhöhten Temperatur auf das anfangs ungeordnete PEDOT:PSS-Knäuel (a) aus langen Polymerketten, das sich (b) zunächst entfaltet und zu kurzkettigen Strukturen zerbricht; abschließend entwickeln sich daraus PEDOT-Körner (c) [10].

Relevante Normungsvorschriften

Die Bedingungen für die Prüfungen und Messungen der elektrischen Parameter der Elektrolytkondensatoren mit Polymer-Elektrolyten sind festgelegt in der Fachgrundspezifikation DIN EN 60384-1 „Festkondensatoren zur Verwendung in Geräten der Elektronik“ sowie in den Rahmenspezifikationen DIN EN 60384-25 „Oberflächenmontierbare Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit leitfähigem Polymerfestkörper-Elektrolyten“ und DIN EN 60384-26 „Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit leitfähigem Polymerfestkörper-Elektrolyten“.

 

Literatur


[1] Albertsen, A.: Lebe lang und in Frieden! Hilfsmittel für eine praxisnahe Elko-Lebensdauerabschätzung; Elektronik Components 2009, S. 22 bis 28.
[2] Albertsen, A.: Auf eine sichere Bank setzen – Zuverlässigkeit von Elektrolytkondensatoren. Elektronik Components 2010, S. 14 bis 17.
[3] Albertsen, A.: Gebührenden Abstand einhalten! – Spannungsfestigkeitsbetrachtungen bei Elektrolytkondensatoren; Elektronik Power, S. 54 bis 57 (2011).
[4] Bayer AG: Baytron P – Tor zu einer neuen Polymer-Generation; Pressemitteilung (16.01.2001)
[5] Elschner, A.; Kirchmeyer, St.; Lövenich, W.; Merker, U.; Reuter, K.: PEDOT – Principles and Applications of an Intrinsically Conductive Polymer; CRC Press (2011).
[6] Park, H.; Ko, S.; Park, J.; Kim, J.Y.; Song, H.: Redox-active charge carriers of conducting polymers as a tuner of conductivity and its potential window; Sci. Rep. 3, 2454; DOI:10.1038/srep02454 (2013).
[7] Pecher, J.; Mecking, S.: Nanoparticles of Conjugated Polymers; Chemical Reviews 110, 10, S. 6260 bis 6279 (2010).
[8] Stöcker, T.; Köhler, A.; Moos, R.: Why Does the Electrical Conductivity in PEDOT:PSS Decrease with PSS Content? A Study Combining Thermoelectric Measurements with Impedance Spectroscopy; Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 50, S. 976 bis 983 (2012).
[9] The Royal Swedish Academy of Sciences: The Nobel Prize in Chemistry, 2000; Conductive Polymers, Advanced Information, Stockholm (2000).
[10] Vitoratos, E.; Sakkopoulos, S.; Dalas, E.; Paliatsas, N.; Karageorgopoulos, D.; Petraki, F.; Kennou, S.; Choulis, S.A.: Thermal degradation mechanisms of PEDOT:PSS; Organic Electronics 10, S. 61 bis 66 (2009).
[11] Yamauchi, D.: Latest Technological Trends for Conductive Polymer Aluminum Solid Electrolytic Capacitors; Engineering Dept., Nichicon (Fukui) Corp. (07.11.2012).
[12] Young, J.: High Voltage Polymer and Tantalum Capacitors; im Rahmen der Industrial Session 1.3 “Advances in Capacitors and Ultracapacitors for Power Electronics”; Proceedings of the 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2013); Long Beach, California.

 

Der Autor

Dr. Arne Albertsen 
studierte Physik mit dem Schwerpunkt Angewandte Physik an der Universität Kiel. Nach Diplom (1992) und Doktorarbeit (1994) über die Messung und Analyse von Stromzeitreihen aus Ionenkanälen in biologischen Membranen wechselte er in die Industrie, wo er in verschiedenen Bereichen des umwelt- und verfahrenstechnischen Anlagenbaus tätig war. Seit 2001 widmet er sich als Mitarbeiter führender Hersteller (BCcomponents bzw. Vishay und KOA) dem Marketing und Vertrieb von passiven und diskreten aktiven Bauelementen. Seit November 2008 zeichnet er als Manager Sales & Marketing verantwortlich für die Betreuung von europäischen Kunden der von Jianghai Europe Electronic Components GmbH vertriebenen Kondensatoren. 

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