基于性能退化的铝电解电容寿命预测方法研究

应用表明铝电解电容是电源系统中故障率最高的元件,是影响电源系统长期运行可靠性的关键器件。为了评估铝电解电容在长期应用条件下的可靠性与寿命,对铝电解电容退化机理与退化模型进行研究分析,在已有模型研究成果的基础上,结合铝电解电容加速退化试验数据,提出了一种基于幂函数的电容量退化轨迹模型。采用该退化轨迹模型,开展了基于退化量分布的铝电解电容退化数据统计分析与寿命预测。根据寿命预测结果,某型铝电解电容在正常工作条件下95%可靠寿命超过18年。

动车组充电机直流支撑电容寿命评估方法研究

充电机是动车组直流供电系统的核心环节,而直流支撑电容是充电机中的关键元件,如何准确评估直流支撑电容的寿命状态对充电机的故障预测及修程修制的合理安排具有十分重要的意义。针对此问题,对动车组充电机直流支撑电容失效机理进行分析,研究不同失效模式对电容退化程度的影响及对应的失效判据;在此基础上,提出一种基于阿伦尼斯模型的电容双应力加速寿命模型;为验证所提模型的正确性,开展基于不同纹波电流和温度的加速寿命实验,通过加速寿命实验确定电容实际失效时间,其与电容双应力寿命模型计算所得的电容理论失效时间相比,误差小于8.7%,验证了所提电容双应力加速寿命模型的正确性。在此基础上,进一步提出动车组充电机直流支撑电容寿命评估方法,实现动车组充电机直流支撑电容在实际运营工况下寿命的准确评估。

不同温度下形成的阳极氧化铝膜介电性能的研究

为了改善铝电解电容器漏电流较大的问题,从阳极氧化温度的角度出发,对比了在常温20℃以及高温80℃通过阳极氧化形成的阳极氧化膜的闪火电压,并测试其漏电流以及表面形貌。结果表明,所用六种电解液的闪火电压都在490~535 V之间,在高温下阳极氧化膜的漏电流比常温下的低30%~62%。从扫描电子显微镜的结果中得到高温下形成的阳极氧化膜断面上的孔洞比常温下的更少,孔径更小,从而导致高温下的漏电流更低。该结果对电容器工作电解液的研发和电容器生产过程中老练工艺的改进有重要的指导意义。

耐低温液态铝电解电容器开发方法的研究

电子元器件宽温化是必然趋势,为保障铝电解电容器低温性能的可控性,通过对电容器等效电路模型的梳理,建立了电容器低温容量比α_(xx)和工作电解液的低温电导率σ_(xx)之间的关系式,并进行了实验验证。研究结果表明:当电容器材料配套与工作电解液相匹配时,经关系式估算和实验验证发现,低温下电容器要求满足一定容量比所需的实际电导率σ_(测)与估算电导率σ_(算)误差约5%,说明α_(xx)和σ_(xx)的关系式具有较高的参考价值。根据结果得出开发耐低温电容器的方法:先选定材料配套和相匹配的工作电解液制成电容器,测试和计算相应的参数;然后由低温下电容器需要的容量比α_(xx)根据关系式估算出需要的电导率σ_(算),再通过对电解液低温电导率的改善,调试出新电解液,然后按原材料配套和新电解液可制成满足低温要求的电容器。

磷酸三甲酯添加剂对铝箔腐蚀隧道孔形成的影响

目前,铝电解电容器通过电化学腐蚀发孔工艺来制造阳极铝箔,以获得高面密度的隧道孔,从而提升比表面积和比电容。然而,腐蚀发孔过程中出现严重的孔并和隧道孔分布不均匀的问题,严重限制了阳极铝箔的比电容提升。为解决该问题,通过在腐蚀发孔溶液中添加磷酸三甲酯(TMP)来调控隧道孔的形核位点。适宜浓度的TMP一方面能够降低腐蚀发孔溶液的表面张力,改善阳极铝箔和腐蚀发孔溶液的润湿性;另一方面,润湿性的改善直接导致铝箔表面均匀溶解的阻力降低,从而显著降低隧道孔形核的阻力,最终改善腐蚀铝箔的比表面积。通过形貌表征和统计分析发现,在添加质量分数1%TMP的腐蚀发孔溶液中,铝箔腐蚀发孔时的隧道孔分布均匀性得到了显著改善,相较于没有添加TMP的空白样品,比表面积提升了约50%。本项研究为制造高性能的阳极铝箔提供了一种新的思路和方法。

恒定电流阳极氧化过程中多孔孔道和表面条纹的形成机理

传统理论无法诠释多孔阳极氧化铝(Porous Anodic Alumina,PAA)表面条纹和孔道的形成机制。为了诠释表面条纹和PAA孔道各自的形成过程,结合阳极氧化过程的电压-时间曲线和SEM照片,仔细分析了传统“场致助溶理论”和氧化物生长溶解平衡理论的局限性,并实验验证了PAA孔道氧化物的生长速率为113 nm/min,该速率远大于60℃磷酸溶液对氧化铝的溶解速率5.8 nm/min。首次实验证明了在PAA孔道形成过程中不存在氧化物生长和溶解的平衡。并用离子电流和电子电流理论诠释了Al阳极氧化过程的动力学,离子电流导致阻挡层氧化物生长,电子电流导致氧化物生长效率降低并产生氧气气泡。气泡模具效应导致了PAA圆柱形孔道和半球形底部的形成,表面条纹是电解液的化学溶解和污染层下氧气气泡的体积膨胀所致,而非自组织过程所致。本文对广泛应用的TiO_(2)、ZrO_(2)纳米管的结构调控是非常有益的。

电化学电容器中炭电极的研究及开发 I.电化学电容器

在介绍电双层电容器的基本原理及所使用的电极材料、电解质溶液、隔板和集电极等关键材料的基础上 ,进一步阐明了几种具有实用价值的电容器 ,如带有准电容量的金属氧化物电容器、导电高分子电容器和混合电容器的原理结构、性能及优缺点。最后评述了电化学电容器的独特性能、应用现状。

磷酸处理对低压阳极铝箔及其电容器特性影响

本文研究磷酸处理工艺对低压阳极铝箔及其所制备电容器特性影响。结果表明,磷酸处理强弱对低压铝箔耐酸性、耐水合性、比容有着重要的影响,并且对制备的低压固态铝电解电容器的耐压、容量、漏电流、损耗等产生重要的影响。通过优化磷酸处理工艺,明显改善低压箔的耐酸性和耐水合性、降低固态电容器漏电流,降低电容器容量衰减率,提高低压固态电容器寿命。

中高压铝电解电容器工作电解液的制备研究

以乙二醇为主溶剂,癸二酸铵为主溶质,研究辅助溶质和添加剂对中高压铝电解电容器用工作电解液性能的影响。结果表明,当甘露醇、五硼酸铵分别为2.0%和3.0%,并添加0.8%的高分子聚合物时,制备的电解液40℃时的p H为5.96,电导率为2 050μS·cm^(-1),初闪电压为417 V,500 V以上闪火时间为73 s,制作的电容器(400 V-6.8μF)漏电流为12.5μA,损耗为0.052。

老练温度对中高压铝电解电容器性能的影响

本文选择了市面上常见的3种中高压铝电解电容器,并在90~110℃中选取5个温度进行手工高温老练试验。通过对电容量、损耗角正切和漏电流3个性能参数的分析,评估了电容器性能的稳定性和老练效果。研究结果表明,在90℃和105℃的高温老练条件下,电容器的性能有显著提升。特别是在105℃的高温老练条件下,CD11GS型250 V电容器和CD11MA型400 V电容器经过高温老练后展现出最佳性能。而对于CD11GS型450 V电容器来说,在90℃的高温老练条件下表现出最佳性能。这些研究结果表明,高温老练温度对中高压铝电解电容器的性能有显著影响。这些发现对于改善电容器的性能稳定性和优化老练工艺具有重要意义。此外,这些研究还为有关中高压铝电解电容器的老练工艺提供了实验基础和性能参数分析方法。

中高压铝电解电容器阳极箔研究进展

从铝箔杂质和腐蚀液添加剂两个方面概述了国内外在提高中高压铝电解电容器比电容方面的研究进展,其中包括镁、铁、硅、铅等杂质及缓蚀剂和表面活性剂的研究。并介绍了铝电解电容器的几种腐蚀机理,如氯离子的作用机理、腐蚀过程中电流与电位的关系、空位模型。最后预测了铝电解电容器新工艺的可能开发方向。

开关电源中铝电解电容ESR实时估测

在开关电源中,铝电解电容广泛应用于各种滤波网络。据统计,铝电解电容是开关电源中故障率最高、最为薄弱的环节。铝电解电容的等效串联电阻(ESR)是反映电容寿命的重要指标。应用一种基于改进EMD和Hilbert变换的新方法,实现ESR值实时估测。该方法对采集的信号进行经验模态分解(EMD),得到一系列本征模函数(IMFs),对所需的IMF进行希尔伯特变换计算ESR,从而得到ESR实时估测值。以Buck电路为例,基于Saber进行仿真实验,结果表明本方法对ESR估测相对误差小于5%,从而为铝电解电容故障与劣化分析提供了新的理论依据和方法。

中高压铝电解电容器用电极箔腐蚀工艺研究

采用硫酸-盐酸腐蚀体系研究了中高压铝电解电容器电极箔多段腐蚀方法。通过三段腐蚀工艺和二段腐蚀工艺的比较,发现多段腐蚀能提高铝箔表面小孔成核率,减少腐蚀介质对氧化膜的进一步腐蚀,有利于小孔向纵深发展。三段腐蚀工艺制备的电极箔表面孔尺寸为0.6～1.0μm,孔深34～36μm,比容高达2.5×10–6F/cm2。

MnO_2的制备及其在电化学电容器中的应用

在不同的pH值下,以KMnO_4氧化Mn(NO_3)_2分别合成2种化学MnO_2。晶体结构和晶型经X射线衍射仪和X射线扫描电镜检测,表明pH值对晶体形成有一定的影响。在-0.3～0.6V(相对Hg/HgO电极电位)范围用循环伏安法研究两种材料的电化学性能,结果显示它们具有静电电容特征。活性炭作为对电极组成混合型电化学电容器与MnO_2相同电极对称型电化学电容器相比,工作电压窗口和比电容都得到了提高。恒流充放电显示,对称结构电极比电容分别为262和302F/g;不对称结构电极比电容为348和342F/g,具有较好的大电流放电能力和循环寿命。

金属氧化物超大容量电容器电极材料的研究进展

超大容量电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件,它比传统电容器具有更高的比电容和能量密度.比电池具有更高的功率密度,因而具有广阔的应用前景。简要介绍了超大容量电容器的储能机理、特点,综述了金属氧化物超大容量电容器电极材料的发展状况,以及改善氧化钌基电容器的方法和廉价材料(如氧化镍、氧化钴、氧化锰、氯化钼等)替代氧化钌电极的研究进展情况,展望了其发展趋势。

铝电解电容器阳极氧化铝膜的耐水合处理

分析了氧化铝的水合作用机理、不同pH介质溶液中氧化铝的表面性能以及阳极氧化形成过程中水合氧化物的生成。结果表明:耐水合剂与氧化铝表面作用应形成一定的特征,才能起到很好的耐水合作用,不同类型的耐水合剂,其耐水合机理也不同。介绍了国内外有关氧化铝耐水合处理的研究现状和发展趋势,并提出了有待改善现行耐水合处理试剂、工艺和测试方法的问题。

阳极氧化铝作为铝电解电容器阳极箔用的研究

采用直流电阳极氧化法在高纯铝箔上制备了多孔阳极氧化铝(AAO)膜,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等技术对AAO膜的表面形貌、厚度和比表面电容性质等进行了表征。结果表明,AAO膜由垂直于膜表面的、孔径在60～80nm之间的平行纳米孔道组成,膜的多孔层厚度约为20μm左右;AAO膜的比表面电容值约为5μF/cm2,使用电压范围约为200～250V;该结果表明,多孔阳极氧化铝在中高压铝电解电容器的阳极箔上的应用存在着较好的前景。

超级电容性能试验与建模研究

试验研究了超级电容的参考容量、内阻、开路电压、脉冲功率等主要性能参数。根据试验数据和一阶串联内阻电路模型建立超级电容仿真模型,并在稳态工况和动态工况试验中验证了仿真模型的有效性。试验结果表明,该模型可以用于含有超级电容的混合动力系统仿真,对该类混合动力系统的动态协调与能量管理问题研究具有重要意义。

电解质中微量金属离子对高纯铝箔直流电蚀特征的影响

在盐酸-硫酸-硝酸电解质体系下,分別加入微量Cu^(2+)、Fe^(3+)、Zn^(2+)等金属离子,并采用直流方式对高纯铝箔进行电化学侵蚀,研究了改性后的电解质溶液对高纯铝箔电蚀过程的影响。结果表明:在硫酸-盐酸-硝酸电解体系中加入微量Cu^(2+)后,能够和铝发生置换反应生成铜单质沉积在铝箔表面,形成Cu-Al微电池反应,促进铝箔腐蚀,隧道孔密度增大,隧道孔长度从10μm增长到30μm,220V化成的比容提高了78%-220%;加入Fe^(3+)后,不能形成微电池反应,对铝箔腐蚀没有明显影响;加入Zn^(2+)后,能够形成Zn-Al微电池反应,促进铝箔腐蚀,但促进效果弱于加入Cu^(2+)。

钽电容器用石墨导电胶的研究

以石墨粉和热固性树脂混合配成导电胶,分析了石墨粉、稀释剂的用量,固化温度,固化时间等与电阻的关系。结果表明:当石墨含量在25%～35%,稀释剂含量在20%～25%(均为质量分数)时,在150℃下固化2～3 h得到的导电胶导电性最好,能够满足作为钽电容器阴极引出材料的需要。并用“逾渗理论”解释了导电胶的导电机理,与实验所得结论相符。