發(fā)布時間：2020-05-11 20:16

【摘要】：隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展,鋁電解電容器趨向小型化、集成化發(fā)展。眾所周知,提高鋁陽極箔比電容是實(shí)現(xiàn)鋁電解電容器小型化、高比容的關(guān)鍵所在。本論文通過在發(fā)孔腐蝕、擴(kuò)孔緩蝕工藝及電沉積TiO_2-A12_O_3復(fù)合鋁氧化膜層過程中引入磁致渦流效應(yīng)(magnetohydrodynamics,MHD效應(yīng)),利用其強(qiáng)化傳質(zhì)作用改善陽極箔表面的發(fā)孔狀態(tài)和優(yōu)化擴(kuò)孔緩蝕過程中的蝕孔形貌來提高其比表面積S,以及增加復(fù)合氧化膜中閥金屬氧化物的含量來提高其介電常數(shù)εr,進(jìn)而達(dá)到增大比電容Cd、提高緩蝕性能的目的。主要的研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)磁致渦流效應(yīng)對陽極鋁箔形貌及比電容的影響通過在陽極鋁箔直流電腐蝕過程中引入MHD效應(yīng),系統(tǒng)性地研究了其強(qiáng)化蝕孔內(nèi)部/外部以及發(fā)孔液中的離子傳質(zhì)對陽極鋁箔點(diǎn)蝕發(fā)孔和蝕孔生長的影響。結(jié)果表明,MHD效應(yīng)導(dǎo)致氧化鋁膜的生長受到抑制作用,箔面Cl~-的吸附量逐漸提高,擴(kuò)散層厚度不斷減薄,蝕孔內(nèi)外Cl~-和Al~(3+)的傳質(zhì)效果得以改善,電解液中離子傳遞阻力進(jìn)一步減小,進(jìn)而提高了陽極箔的蝕孔密度、平均孔徑以及平均蝕孔深度的均一性,繼而提高了比電容Cd,其值由無磁場時的20.83 μF·cm~(-2)增至39.63 μF·cm~(-2)。(2)磁場作用下十二烷基苯磺酸鈉對陽極鋁箔緩蝕性能及比電容的影響以十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為緩蝕劑,通過在陽極箔擴(kuò)面增容過程中引入磁場,系統(tǒng)研究了 MHD效應(yīng)對腐蝕箔擴(kuò)孔緩蝕過程中的蝕孔形貌、緩蝕性能及比電容的影響規(guī)律。結(jié)果表明MHD效應(yīng)有效提高了電解液中DBS/NO_3~-向箔面/孔內(nèi)的傳質(zhì)速率,改善了腐蝕箔表面SDBS吸附量及分布均一性,減少了失重,增大了耐蝕性能;同時蝕孔內(nèi)部空間容積增大,平均蝕孔長度由63.52 μm增至70.30μm。對應(yīng)的腐蝕箔比電容由51.66 μF·cm~(-2)增至65.39 μF·cm~(-2)。(3)磁致渦流效應(yīng)對化成鋁箔A12_O_3-TiO_2復(fù)合膜結(jié)構(gòu)及性能的影響通過磁場輔助電沉積法在腐蝕箔表面及蝕孔內(nèi)部生成具有高εr的A12_O_3-TiO_2復(fù)合膜層。系統(tǒng)地研究了磁致渦流效應(yīng)對電沉積液中離子傳遞行為以及A12_O_3-TiO_2復(fù)合氧化膜層結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度B的不斷增強(qiáng),電沉積液中Ti~(4+)離子向陽極箔表面及蝕孔內(nèi)部的傳遞阻力逐漸減小,復(fù)合膜層中銳鈦礦型TiO_2含量提高,且其在箔面及蝕孔內(nèi)部分布均一性提升。另外,電化學(xué)性能測試表明MHD效應(yīng)提高了復(fù)合氧化膜介電常數(shù),減少了陽極氧化階段的形成電量,對應(yīng)的化成箔比電容增大至58.29 μF·cm~(-2),較之無MHD制備的Al2O3-TiO_2化成箔,其形成電量減少了 23.1%,比電容增加了 10.1%。
【圖文】：

由《２０１９－２０２４年中國鋁電解電容器行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》可知，２０１０逡逑年我國鋁電解電容器行業(yè)的市場規(guī)模達(dá)到了邋１５０億元，２０１４年行業(yè)市場規(guī)模進(jìn)大幅度增加，逡逑達(dá)到了邋２１２億元，２０１７年行業(yè)市場規(guī)模進(jìn)一步提高，達(dá)到了邋２４９億元，２０１０至２０１７的行逡逑業(yè)市場規(guī)模年平均增長率高達(dá)７．５％。此外，２０１７年我國鋁電解電容器的產(chǎn)量高達(dá)１５１２億逡逑只，而國內(nèi)市場需求量卻高達(dá)１７１９億只，這說明了雖然我國是鋁電解電容器的生產(chǎn)大國，逡逑卻仍然供不應(yīng)求，不能滿足相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能需求。相信在不久的將來，我國鋁電解電容器逡逑的生產(chǎn)規(guī)模、市場規(guī)模以及需求規(guī)模將隨著行業(yè)向中高端市場的轉(zhuǎn)移而進(jìn)一步擴(kuò)大，到逡逑２０２３年，其國內(nèi)產(chǎn)值將會達(dá)到３６０億元，市場需求量將超過２４００億只。隨著國內(nèi)鋁電解逡逑電容器生產(chǎn)水平的進(jìn)一步改進(jìn)，其在國際競爭中的優(yōu)勢將會更加明顯。逡逑１．２．２鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)逡逑

其中陰極箔是由純度較低的鋁箔通過一系列的化學(xué)法或電化學(xué)腐蝕法處理獲得，，其目逡逑的是為了將實(shí)際工作陰極引出，使得電介質(zhì)與外電路相連１８］。鋁電解電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等逡逑效電路圖（圖１．３所示）。其中ＣＡ和Ｃｃ分別為陽極箱、陰極箔比電容；ＬＡ和Ｚｃ分別為電逡逑極、正引線和負(fù)引線端子等引起的等效串聯(lián)電感；ＤＡ和ＤＣ分別為陽極箔氧化膜及陰極箔逡逑氧化膜的整流作用；為電解質(zhì)電阻和電解液等效串聯(lián)電阻；和分別為電極箔、引逡逑出線和接觸電阻等組成的電阻［９］。逡逑從圖１．３中的等效電路圖中可知，陽極箔比電容與陰極箔比電容相互串聯(lián)后得到的總逡逑比電容即為鋁電解電容器比電容，其中陽極箔、陰極箔比電容與總電容如下關(guān)系：逡逑１／ＯＩ／Ｃａ＋Ｉ／Ｃｃ。由于陰極箔表面氧化膜太薄，導(dǎo)致陰極箔Ｃｃ遠(yuǎn)大于陽極箔ＣＡ。因此，鋁逡逑電解電容器總電容主要由陽極箔比電容控制［１（）］。逡逑陽極箔邐電介質(zhì)邋電解紙邋陰極箔逡逑＼邋！邋／邋／逡逑－ｃｍ３－逡逑Ｉ邐Ｄｃ邐Ｉ逡逑？邋Ｉ邐？邋Ｉ邐１邋ｆ逡逑邐邐＾￣￣１１￣￣ｈ—＾￣１１￣￣Ｉ＾＾０逡逑１邋ＣＡ邋Ｉ邐Ｒ邐１邋Ｃｃ邋Ｉ邐Ｌｃ逡逑｜邋＇邋｜逡逑Ｖ－ａ—Ｈ邋ｈ￣＼＾—ｒ逡逑Ｉ邋Ｒａ邋Ｉ邐丨及Ｃ逡逑Ｉ邐邋邐邋邐邋Ｊ邐Ｉ邐邋邐邋邐邋Ｊ逡逑等效電路圖逡逑圖１．３鋁電解電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等效電路圖逡逑Ｆｉｇ．１．３邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｏｆ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ邋ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．逡逑
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TQ153

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本文編號：2659003