磁致涡流效应对阳极箔扩面增容的影响研究

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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TiO2-A12O3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Al3+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/NO3-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A12O3-TiO2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A12O3-TiO2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A12O3-TiO2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Ti4+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TiO2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-TiO2化成箔,其形成电量减少了 23.1%,比电容增加了 10.1%。
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