潘哲威 / 工研院材化所
鋁電解電容的單位元體積容量大、價格低廉，具有濾波、旁路、去耦合和快速充放電等功能，在消費性電子、工業產品、再生能源等領域是不可或缺的被動元件。因應全球減碳需求，近年來鋁電解電容產業積極拓展相關技術，主要聚焦於鋁箔蝕刻與鋁箔化成之材料技術。本文將介紹低碳化鋁電解電容之材料發展趨勢。
【內文精選】
低碳化鋁電解電容材料技術發展
製作鋁電解電容，需涵蓋圖一所示之七個主要流程：①鋁箔蝕刻→②鋁箔化成→③鋁箔裁切→④鋁箔捲繞→⑤含浸電解液→⑥封裝及老化→⑦成品檢驗及出貨。參照環境部轄下的「產品碳足跡資訊網」，每公斤鋁電解電容從搖籃到大門(Cradle-to-Gate)之碳足跡為16.2 kgCO2e；而Cheng Zhang等人研究指出，電力使用為鋁電解電容之主要碳排放來源，占比近80%。因此，如何有效降低鋁電解電容製程電力消耗，無疑是鋁電解電容邁向淨零碳排之關鍵。進一步解析鋁電解電容製程，流程①鋁箔蝕刻(Al Foil Etching)及流程②鋁箔化成(Al Foil Forming)，就占據了近9成的電力使用，故低碳化(Decarbonization)鋁電解電容之材料技術發展方向，多聚焦於此兩大標的。
圖一、鋁電解電容製作流程
1. 鋁箔蝕刻
圖二為東洋鋁業演示之粉末積層箔製作流程，此技術關鍵突破在於：透過鋁粉均勻分布堆砌燒結，獲得表面積大幅擴張的擴孔鋁箔，完全免去蝕刻製程。先將高純度鋁粉、溶劑與黏結劑調製成鋁粉漿料，再將漿料塗佈在電極材料(高純度基材鋁箔)，烘乾後進行高溫脫脂、燒結，最終在基材鋁箔表面形成具有三維多孔結構的積層箔電極。
圖二、東洋鋁業演示之粉末積層箔製作流程
諸如溶劑和黏結劑的選擇、鋁粉純度/形態/粒徑、漿料混合方式及各組分比例、塗佈手法及燒結工序等眾多因素，皆會影響粉末積層箔性能。其中，鋁粉材料、漿料混合方式和塗佈手法，會影響鋁粉的堆積型式；漿料組成比例、溶劑和黏結劑種類，則會影響粉末積層箔的雜質含量；燒結工序直接關連到鋁粉燒結熔融的比表面積與孔隙率，係決定粉末積層箔電容量之關鍵。
2. 鋁箔化成
原理為將蝕刻鋁箔或粉末積層箔置於化成液中，透過外加電場，在鋁箔表面形成一層能耐特定電壓之氧化鋁(Al2O3)皮膜絕緣體薄層，使鋁電解電容具有儲電、放電等特性。鋁箔的化成電壓決定了鋁電解電容的工作電壓，一般分為低壓化成(≦170 Vf)及中高壓化成(170~800 Vf)，化成電壓越高，耗電自然越大，考量到電力花費，包含日系三大鋁電解電容廠商在內，中高壓鋁箔化成多數已移至中國境內進行，帶動了產業技術的蓬勃發展---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》462期，更多資料請見下方附檔。