導電高分子混成電解電容器簡介

 

刊登日期:2016/1/5
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導電高分子混成電解電容器是一種以導電高分子與液態電解質之混合物為電解質之新一代電容器,兼具固態電解電容器的低阻抗、高可靠度以及液態電解電容器的高工作電壓與高靜電容量等優點。本文介紹混成電解電容器之材料、製程以及其優異特性。
 
混成電解電容器之材料與製程
混成電容器乃是結合導電高分子與電解液成為混成電解質之電解電容器,其製程如圖二所示:在電容器素子(Element)中聚合或含浸導電高分子後,再含浸液態電解液,並經封口與充電老化等步驟,完成電容器的製作。導電高分子可以化學聚合法在素子中聚合,或是在素子中含浸水溶性導電高分子溶液,再將溶液加熱移除。雖然混成電容器之結構與製程和傳統固態與液態電容器相近,但如何在混合導電高分子與液態電解質之後,仍能夠充分發揮個別的優點,以呈現傳統液態電解電容器及導電高分子固態電容器所沒有的優異特性,成為混成電容器開發的重點。
 

圖三、PEDOT:PSS 粒子之結構組成。PEDOT:PSS 顆粒呈現 Core-shell結搆,顆粒內部為 PEDOTrich,顆粒外層為 PSS-rich
 
混成電解電容器之特性與應用
一個有效結合導電高分子與液態電解液混合物作為電解質的混成電容器將可表現出相當優異的特性。以下列舉混成電容器之主要特點:
1. 靜電容量:
在不同電流頻率下,圖六清楚比較了固態電容器與混成電容器之差異。混成電容器(深色線)在1 MHz以前仍保有極佳的電容量;固態電容器之靜電容量在3 kHz左右顯現衰退。
 
2. 等效串聯電阻:
在不同溫度下,圖七比較了固態電容器與混成電容器在100kHz等效串聯電阻(ESR)之變化。從圖中可清楚發現,混成電容器之100 kHz ESR受到溫度的影響遠比固態電容器為低。尤其在低溫下具有相當優異的阻抗特性。
 


圖七、固態電容器與混成電容器之100 kHz ESR在不同溫度下之變化

 
3. 可靠度:
圖八比較了混成電容器以不同大小的100 kHz交流電在105˚C下的長期
變化。從結果可知,電容器的電容量與100kHz ESR在商規額定電流1,300 mA交流電下的變化與0 mA之變化非常相近,顯示交流電對混成電容器的影響非常微小。此外,即使在3,600 mA超過額定電流近3倍的情況下,電容器的特性在5,000小時的測試期間變化率仍能符合商規標準,顯示出混成電容器極佳的耐受性與高可靠度。
 
混成電解電容器之商業發展現況
Panasonic 為全世界第一家生產混成電容器之被動元件廠,於 2012 年首度發表工作電壓介於 25~63V 的混成電容器,並於 2013 年進一步推出 80V 混成電容器,最高使用溫度可達 105~125˚C。另一方面,Nippon Chemicon 於 2014 年 3月也發表混成電容器產品,產品規格為16~80V。根據 Nippon Chemicon 在 2015 CEATEC上所展示的發展路線圖,未來混成電容器將朝向高電容量、高工作電壓(≥100V)與高使用溫度(~135˚C)等方向發展(圖九)。針對混成電容器之優異特性與應用潛力,工研院亦規畫相關計畫投入研究。目前……以上為部分節錄資料,如欲詳全文請見原文。
 
作者:杜佾璋 、蔡麗端 、洪英彰 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」349期,更多資料請見下方附檔。

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