Первые годы в истории конденсаторов были временем, когда конденсаторы использовались в основном для раннего понимания электричества, еще до открытия электрона. Это было также время для демонстраций в салонах, например, когда люди стояли в очереди, держась за руки и разряжая через них конденсатор. Современная эра конденсаторов начинается в конце 1800-х годов с рассветом эпохи практического применения электричества, требующей надежных конденсаторов с особыми свойствами.

ЛЕЙДЕНСКИЕ БАНКИ

Маркони с передающим устройством, опубликовано в LIFE [общественное достояние], через Викисклад.

Одним из таких практических применений были беспроводные передатчики с искровым разрядником Маркони, начиная незадолго до 1900 года и в первое и второе десятилетие. Передатчики создавали высокое напряжение для разряда через искровой разрядник и поэтому использовали фарфоровые конденсаторы, чтобы выдерживать это напряжение. Требовалась также высокая частота. В основном это были лейденские банки, и для получения требуемых емкостей требовалось много места.

слюда

В 1909 году Уильям Дюбилье изобрел слюдяные конденсаторы меньшего размера, которые затем использовались на приемной стороне для резонансных цепей в беспроводном оборудовании.

Ранние слюдяные конденсаторы представляли собой слои слюды и медной фольги, скрепленные вместе, так называемые «сжатые слюдяные конденсаторы». Однако эти конденсаторы были не очень надежными. Поскольку это были просто листы слюды, прижатые к металлической фольге, между слюдой и фольгой были воздушные зазоры. Этот зазор допускал окисление и коррозию и означал, что расстояние между пластинами могло изменяться, изменяя емкость.

В 1920-х годах были разработаны конденсаторы из серебряной слюды, в которых слюда с обеих сторон покрыта металлом, что устраняет воздушные зазоры. С тонким металлическим покрытием вместо более толстой фольги конденсаторы также можно было сделать меньше. Они были очень надежными. Конечно, мы не остановились на достигнутом. Современная эра конденсаторов отмечена одним прорывом за другим в увлекательной истории. Давайте взглянем.

КЕРАМИЧЕСКИЙ

MLCC вокруг микропроцессора. Автор Elcap [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

В 1920-х годах в Германии слюды было не так много, поэтому они экспериментировали с новыми семействами керамических конденсаторов, обнаружив, что диоксид титана (рутил) имеет линейную температурную зависимость емкости для температурной компенсации и может заменить слюдяные конденсаторы. Сначала они производились в небольших количествах, а в 1940-х годах - в больших количествах. Они состояли из диска, металлизированного с обеих сторон.

Чтобы получить более высокую емкость, была использована другая керамика, титанат бария, так как он имел в 10 раз большую диэлектрическую проницаемость, чем слюда или диоксид титана. Однако они имели менее стабильные электрические параметры и могли заменить слюду только там, где стабильность была менее важна. Это было улучшено после Второй мировой войны.

Американская компания, основанная в 1961 году, впервые разработала многослойный керамический конденсатор (MLCC), который был более компактным и имел более высокую емкость. По состоянию на 2012 год ежегодно производится более 10 ^ 12 MLCC с титанатом бария.

АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ

Электролитический конденсатор

В 1890-х годах Чарльз Поллак обнаружил, что оксидный слой на алюминиевом аноде стабилен в нейтральном или щелочном растворе, и в 1897 году получил патент на алюминиевый конденсатор с электролитом из буры. Первые «мокрые» электролитические конденсаторы ненадолго появились в радиоприемниках в 1920-х годах, но имели ограниченный срок службы. Их назвали «мокрыми» из-за высокого содержания воды. В основном они представляли собой контейнер с металлическим анодом, погруженным в раствор буры или другого электролита, растворенного в воде. Внешняя часть контейнера действовала как другая пластина. Они использовались в крупных телефонных станциях для уменьшения шума реле.

Патент на современного предка электролитического конденсатора был подан в 1925 году Самуэлем Рубеном. Он поместил гелеобразный электролит между анодом с оксидным покрытием и второй пластиной из металлической фольги, что избавило от необходимости использовать контейнер, наполненный водой. В результате получился «сухой» электролитический конденсатор. Еще одним дополнением стало бумажное пространство между витками фольги. Все это значительно уменьшило размер и цену.

В 1936 году компания Cornell-Dubilier представила свои алюминиевые электролитические конденсаторы, включая усовершенствования, такие как придание шероховатости поверхности анода для увеличения емкости. В то же время Hydra-Werke, компания AEG, начала массовое производство в Берлине, Германия.

После Второй мировой войны быстрое развитие радио- и телевизионных технологий привело к увеличению объемов производства, а также разнообразию стилей и размеров. Улучшения включали снижение токов утечки и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), более широкий диапазон температур и более длительный срок службы за счет использования новых электролитов на основе органических соединений. Дальнейшие разработки с 1970-х по 1990-е годы также включали снижение токов утечки, дальнейшее снижение ESR и более высокие температуры.

То, что стало известно как «конденсаторная чума», произошло в период с 2000 по 2005 год, возможно, из-за использования украденного рецепта, но без определенных стабилизирующих веществ, что привело к преждевременному выходу из строя.

ТАНТАЛОВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ

Танталовый конденсатор поверхностного монтажа. Автор Epop [общественное достояние], Wikimedia Commons

Танталовые электролитические конденсаторы были впервые изготовлены для военных целей в 1930-х годах. В них использовалась намотанная танталовая фольга и нетвердый электролит. В 1950-х годах Bell Laboratories изготовила первые танталовые конденсаторы с твердым электролитом. Они измельчили тантал в порошок и спечены в виде цилиндра. Сначала использовался жидкий электролит, но затем было обнаружено, что диоксид марганца можно использовать в качестве твердого электролита.

Хотя основные изобретения были сделаны Bell Labs, в 1954 году Sprague Electric Company улучшила процесс, выпустив первые коммерчески жизнеспособные танталовые конденсаторы с твердым электролитом.

В 1975 году появились полимерные танталовые электролитические конденсаторы с проводящими полимерами с гораздо более высокой проводимостью, заменившие диоксид марганца, что привело к более низкому ESR. NEC выпустила свои полимерные танталовые конденсаторы в 1995 году для SMD (устройства для поверхностного монтажа), а Sanyo последовала их примеру в 1997 году.

Танталовая руда подвержена ценовым скачкам, и два таких случая произошли в 1980 и 2000/2001 годах. Последнее потрясение привело к разработке ниобиевых электролитических конденсаторов с электролитом из диоксида марганца, обладающих свойствами, примерно такими же, как у танталовых конденсаторов.

ПОЛИМЕРНАЯ ПЛЕНКА

Пленочные конденсаторы. Элькап [CC-BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

Металлизированный бумажный конденсатор был запатентован в 1900 году Г. Ф. Мансбриджем. Металлизация осуществлялась путем покрытия бумаги связующим, наполненным металлическими частицами. Они широко использовались в начале 1900-х годов в качестве развязывающих конденсаторов в телефонии (телекоммуникациях). Во время Второй мировой войны компания Bosch усовершенствовала процесс и изготовила их, покрыв бумагу лаком и используя вакуумное напыление металла для ее покрытия. Примерно в 1954 году Bell Labs изготовила металлизированную лаковую пленку толщиной 2,5 мкм отдельно от бумаги, в результате чего конденсаторы стали намного меньше. Его можно считать первым полимерным пленочным конденсатором.

Исследования пластика химиками-органиками во время Второй мировой войны привели к дальнейшему развитию. В 1954 году первый
майларовый конденсатор был одним из них. Майлар был зарегистрирован компанией Dupont в 1952 году и представляет собой очень прочный ПЭТ (полиэтилентерефталат). В 1954 году был произведен конденсатор из металлизированной майларовой пленки 12 мкм. К 1959 году в список вошли конденсаторы, изготовленные из полиэтилена, полистирола, политетрафторэтилена, ПЭТФ и поликарбоната. К 1970 году электроэнергетика использовала пленочные конденсаторы без бумаги.

ДВУХСЛОЙНЫЕ (СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ)

Суперконденсаторы, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

Это подводит нас к последнему из наших типов конденсаторов, причем довольно интересным, с емкостью в тысячи фарад. В начале 1950-х годов исследователи General Electric использовали свой опыт работы с топливными элементами и перезаряжаемыми батареями для экспериментов с конденсаторами с пористыми углеродными электродами. Это привело к тому, что Х. Беккер запатентовал конденсатор как «Низковольтный электролитический конденсатор с пористыми углеродными электродами», не понимая лежащего в его основе принципа, который привел к чрезвычайно высокой емкости. GE не стала развивать это дальше.

Standard Oil of Ohio разработала другую версию и в конечном итоге передала лицензию на нее в 1970-х годах компании NEC, которая, наконец, коммерциализировала ее под торговой маркой supercapacitor. Он был рассчитан на 5,5 В и имел емкость до 1 Ф. Они были размером до 5 см^3 и использовались в качестве резервного питания для компьютерной памяти.

Брайан Эванс Конвей , почетный профессор Оттавского университета , работал над электрохимическими конденсаторами на основе оксида рутения с 1975 по 1980 год. В 1991 году он описал разницу между суперконденсаторами и батареями в электрохимическом хранении, дав полное объяснение в 1999 году, снова придумав термин суперконденсатор.

Продукты и рынки росли медленно с такими названиями продуктов, как Goldcaps, Dynacap и PRI Ultracapacitor, последний из которых был первым суперконденсатором с низким внутренним сопротивлением, разработанным в 1982 году Исследовательским институтом Pinnacle (PRI) для военных целей.

Относительно недавние разработки на рынке включают литий-ионные конденсаторы, в которых активированный угольный анод легирован ионами лития. Они имеют емкость в тысячи фарад (4 цифры) при напряжении около 2,7 В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Судя по вашим комментариям в ответ на наш пост «История конденсатора — первые годы»  , нет недостатка в использовании термина «конденсатор», а не «конденсатор». Так откуда взялся термин конденсатор? Это кажется неизвестным, но Оксфордский словарь английского языка цитирует словарь терминов по электротехнике BSI (Британского института стандартов?) 1922 года, в котором говорится, что «конденсатор» является «новым термином», и предлагается использовать его, чтобы избежать путаницы с паром. 'конденсатор'.

Источник:ХАКАДЕЙ