磁致涡流效应对阳极箔扩面增容的影响研究

发布时间：2020-05-11 20:16

【摘要】：随着现代科技的飞速发展,铝电解电容器趋向小型化、集成化发展。众所周知,提高铝阳极箔比电容是实现铝电解电容器小型化、高比容的关键所在。本论文通过在发孔腐蚀、扩孔缓蚀工艺及电沉积TiO_2-A12_O_3复合铝氧化膜层过程中引入磁致涡流效应(magnetohydrodynamics,MHD效应),利用其强化传质作用改善阳极箔表面的发孔状态和优化扩孔缓蚀过程中的蚀孔形貌来提高其比表面积S,以及增加复合氧化膜中阀金属氧化物的含量来提高其介电常数εr,进而达到增大比电容Cd、提高缓蚀性能的目的。主要的研究内容及结论如下:(1)磁致涡流效应对阳极铝箔形貌及比电容的影响通过在阳极铝箔直流电腐蚀过程中引入MHD效应,系统性地研究了其强化蚀孔内部/外部以及发孔液中的离子传质对阳极铝箔点蚀发孔和蚀孔生长的影响。结果表明,MHD效应导致氧化铝膜的生长受到抑制作用,箔面Cl~-的吸附量逐渐提高,扩散层厚度不断减薄,蚀孔内外Cl~-和Al~(3+)的传质效果得以改善,电解液中离子传递阻力进一步减小,进而提高了阳极箔的蚀孔密度、平均孔径以及平均蚀孔深度的均一性,继而提高了比电容Cd,其值由无磁场时的20.83 μF·cm~(-2)增至39.63 μF·cm~(-2)。(2)磁场作用下十二烷基苯磺酸钠对阳极铝箔缓蚀性能及比电容的影响以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为缓蚀剂,通过在阳极箔扩面增容过程中引入磁场,系统研究了 MHD效应对腐蚀箔扩孔缓蚀过程中的蚀孔形貌、缓蚀性能及比电容的影响规律。结果表明MHD效应有效提高了电解液中DBS/NO_3~-向箔面/孔内的传质速率,改善了腐蚀箔表面SDBS吸附量及分布均一性,减少了失重,增大了耐蚀性能;同时蚀孔内部空间容积增大,平均蚀孔长度由63.52 μm增至70.30μm。对应的腐蚀箔比电容由51.66 μF·cm~(-2)增至65.39 μF·cm~(-2)。(3)磁致涡流效应对化成铝箔A12_O_3-TiO_2复合膜结构及性能的影响通过磁场辅助电沉积法在腐蚀箔表面及蚀孔内部生成具有高εr的A12_O_3-TiO_2复合膜层。系统地研究了磁致涡流效应对电沉积液中离子传递行为以及A12_O_3-TiO_2复合氧化膜层结构与性能的影响规律。结果表明,随着磁感应强度B的不断增强,电沉积液中Ti~(4+)离子向阳极箔表面及蚀孔内部的传递阻力逐渐减小,复合膜层中锐钛矿型TiO_2含量提高,且其在箔面及蚀孔内部分布均一性提升。另外,电化学性能测试表明MHD效应提高了复合氧化膜介电常数,减少了阳极氧化阶段的形成电量,对应的化成箔比电容增大至58.29 μF·cm~(-2),较之无MHD制备的Al2O3-TiO_2化成箔,其形成电量减少了 23.1%,比电容增加了 10.1%。
【图文】：

由《２０１９－２０２４年中国铝电解电容器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》可知，２０１０逡逑年我国铝电解电容器行业的市场规模达到了邋１５０亿元，２０１４年行业市场规模进大幅度增加，逡逑达到了邋２１２亿元，２０１７年行业市场规模进一步提高，达到了邋２４９亿元，２０１０至２０１７的行逡逑业市场规模年平均增长率高达７．５％。此外，２０１７年我国铝电解电容器的产量高达１５１２亿逡逑只，而国内市场需求量却高达１７１９亿只，这说明了虽然我国是铝电解电容器的生产大国，逡逑却仍然供不应求，不能满足相关产业的产能需求。相信在不久的将来，我国铝电解电容器逡逑的生产规模、市场规模以及需求规模将随着行业向中高端市场的转移而进一步扩大，到逡逑２０２３年，其国内产值将会达到３６０亿元，市场需求量将超过２４００亿只。随着国内铝电解逡逑电容器生产水平的进一步改进，其在国际竞争中的优势将会更加明显。逡逑１．２．２铝电解电容器的结构特点逡逑

其中阴极箔是由纯度较低的铝箔通过一系列的化学法或电化学腐蚀法处理获得，，其目逡逑的是为了将实际工作阴极引出，使得电介质与外电路相连１８］。铝电解电容器内部结构及等逡逑效电路图（图１．３所示）。其中ＣＡ和Ｃｃ分别为阳极箱、阴极箔比电容；ＬＡ和Ｚｃ分别为电逡逑极、正引线和负引线端子等引起的等效串联电感；ＤＡ和ＤＣ分别为阳极箔氧化膜及阴极箔逡逑氧化膜的整流作用；为电解质电阻和电解液等效串联电阻；和分别为电极箔、引逡逑出线和接触电阻等组成的电阻［９］。逡逑从图１．３中的等效电路图中可知，阳极箔比电容与阴极箔比电容相互串联后得到的总逡逑比电容即为铝电解电容器比电容，其中阳极箔、阴极箔比电容与总电容如下关系：逡逑１／ＯＩ／Ｃａ＋Ｉ／Ｃｃ。由于阴极箔表面氧化膜太薄，导致阴极箔Ｃｃ远大于阳极箔ＣＡ。因此，铝逡逑电解电容器总电容主要由阳极箔比电容控制［１（）］。逡逑阳极箔逦电介质邋电解纸邋阴极箔逡逑＼邋！邋／邋／逡逑－ｃｍ３－逡逑Ｉ逦Ｄｃ逦Ｉ逡逑？邋Ｉ逦？邋Ｉ逦１邋ｆ逡逑逦逦＾￣￣１１￣￣ｈ—＾￣１１￣￣Ｉ＾＾０逡逑１邋ＣＡ邋Ｉ逦Ｒ逦１邋Ｃｃ邋Ｉ逦Ｌｃ逡逑｜邋＇邋｜逡逑Ｖ－ａ—Ｈ邋ｈ￣＼＾—ｒ逡逑Ｉ邋Ｒａ邋Ｉ逦丨及Ｃ逡逑Ｉ逦邋逦邋逦邋Ｊ逦Ｉ逦邋逦邋逦邋Ｊ逡逑等效电路图逡逑图１．３铝电解电容器内部结构及等效电路图逡逑Ｆｉｇ．１．３邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｏｆ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ邋ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．逡逑
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TQ153

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本文编号：2659003