固态铝电解电容器的概念、结构组成及性能特点

固态铝电解电容器(Conductive polymer aluminum solid electrolytic capacitor)是导电高分子聚合物固体铝电解电容器的简称，是目前电容器产品中最高阶的产品之一。

与普通液态电解电容的最大差别在于，固态电容采用了完全不同的介电材料——导电高分子聚合物材料。高温下，这种固态高分子电介质粒子无论澎涨或是活跃性均较液态电解液低，沸点也高达摄氏350度，因此几乎没有爆裂的风险。从理论上来说，由于固态电容“无浆可爆”，几乎不可能爆浆。

结构组成

所有电容器都包括两层导电材料(或电极)，再被组合有介电材料的一个绝缘体将这两层导电材料从中间隔开。这些层之间会产生一个电场，当有电流给电容器充电时，就可以存储能量。

固态铝电解电容器与传统铝电解电容器的电介层

传统铝电解电容器的电极由铝箔制成，两个铝箔电极之间填充电解液，形成于阳极内侧表面极薄的一层氧化铝具有优越的介电常数 e 及单向特性，在电解电容中扮演电介质的角色。当与电解液接触后，这层氧化膜就具有优良的单方向绝缘特性。电介质这一特性决定了电解容的单向极性应用。

在工艺上，这层箔是在一片高纯度的蚀刻铝箔上进行极化而得到的。阳极箔片进行极性化的这一过程施加的DC电压进行，这一电压被称为“化成电压”。电介质层的厚度近乎正比于极化过程所施加的“化成电压”。

固态铝电解电容器结构

电介质层构成了一个依电压变化而变化的电阻，此电阻的电流即所谓的漏电流。当电压到达“化成电压”后，漏电流急剧上升以至损坏电容器。此具有单向特性电介质无法承受反向的电压，很小的反向电压就会形成很大的反向电流以损坏电容器。阳极箔片进行极性化所施加的“形成电压”决定了电介质(氧化铝层)的厚度，而此厚度决定了此电容器的耐压等级。

固态铝电解电容器与传统铝电解电容器结构上是一样的，也是铝卷绕式结构，只是把电解液换成了固态形式的高分子聚合物材料——3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)。恰恰就是这个PEDOT聚合物材料，奠定了固态铝电解电容器的新贵身份和优良特性。

PEDOT的化学结构及电气性能

PEDOT是德国拜耳公司在1988年首先合成出的聚噻吩的衍生物3,4-乙烯二氧噻吩，具有导电率高、环境稳定性好等特点。之后，这种高分子聚合物材料引起了科学家们的广泛兴趣，并快速应用在以PEDOT为基材而开发出越来越多的新材料、新工艺、新元件，例如铝电解电容器负极材料、有机薄膜太阳能电池材料、OLED材料、电致变色材料、透明电极材料等。

性能特点

固态电容在高频环境下具有低阻抗、耐高纹波电流、使用寿命超长、高热稳定性等特点。

固态电容与传统铝电解电容器的性能对比

(1)高稳定性

高热稳定是固态电容的另一重要特性。固体铝电解电容可以持续在高温环境中稳定工作，不易受温度变化影响其电解质容量，即使在高热的操作环境下，亦不影响其高导电性能。

在高温环境中，固态电容仍然能正常工作，保持各种电气性能，其电容量在全温度范围变化不超过15%，明显优于液态电解电容。同时，固态电解电容的电容量与其工作电压基本无关，从而保证其在电压波动环境中稳定工作，这可以直接提升主板性能。

(2)寿命长

工作温度直接影响到电解电容的寿命，固态电解电容与液态电解电容在不同温度环境下寿命明显较长。固态电容通常应用在工业主板及长时间运作的机器设备上，在85°C工作环境中使用寿命高达5万小时(约5.7年)，而液态电容只有8,000小时(约0.9年)，固态电容比一般液态电容拥有6倍长的使用寿命。

固态的电解质在高热环境下不会像液态电解质那样蒸发膨胀，甚至“爆浆”。即使电容的温度超过其耐受极限，固态电解质仅仅是熔化，这样不会引发电容金属外壳爆裂和燃烧，因而十分安全。

(3)低ESR和高额定纹波电流

ESR(Equivalent Series Resistance)指串联等效电阻，是电容非常重要的指标。ESR越低，电容充放电的速度越快，这个性能直接影响到微处理器供电电路的退藕性能，在高频电路中固态电解电容的低ESR特性的优势更加明显。

可以说，高频下低ESR特性是固态电解电容与液态电容性能差别的分水岭。固态铝电解电容的ESR非常低，同时具有非常小的能量耗散。在高温、高频和高功率工作条件下固态电容的极低ESR特性可以充分吸收电路中电源线间产生的高幅值电压，防止其对系统的干扰。

目前CPU的功耗非常大，主频已远远超出1GHz，同时CPU的峰值电流达到80A或更多，输出滤波电容已经接近工作临界点。另一方面，CPU采用多种工作模式，大部分时间处于工作模式的转换过程。当CPU由低功耗状态转为全负荷状态时，这种CPU的瞬间(一般小于5毫秒)切换需要的大量能量均来自CPU供电电路中的电容，此时固态电容高速充放电特性可以在瞬间输出高峰值电流，保证充足的电源供应，确保CPU稳定工作。

使用事项

固态铝电解电容器与传统电容器结构、外形都一样，使用也一样，通常在电源电路或中频、低频电路中起电源旁路、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流、能量转换和延时等作用，一般不能用于交流电源电路，除非是无极性类别。

固态铝电解电容器的典型应用

在直流电源电路中，固态铝电解电容器作滤波电容使用时，其阳极(正极)应与电源电压的正极端相连接，阴极(负极)与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。

　　审核编辑：汤梓红