Artículo técnico sobre las propiedades de los condensadores electrolíticos escrito por Christian Kasper, Technical Support Capacitors de Rutronik Elektronische Bauelemente
Los condensadores electrolíticos basados en agua han tenido una mala imagen desde la famosa “plaga del condensador” y, por desgracia, inadecuada, ya que ahora cumplen los principales requisitos de la electrónica actual, y existen nuevas alternativas en forma de condensadores híbridos de polímero.
Al principio de este siglo, los condensadores electrolíticos basados en agua se solían fabricar con una mala combinación de inhibidores y pasivadores. El resultado era condensadores con un orificio, una tapa de goma expulsada o componentes totalmente destrozados por una explosión, lo que se denomina “plaga del condensador”. Los problemas citados ya no existen.
El conocimiento de las ventajas de estos condensadores y sus beneficios para la electrónica de hoy también requiere el conocimiento fundamental de los componentes.
¿Cómo trabaja los condensadores electrolíticos?
En comparación con otras tecnologías, el condensador electrolítico de aluminio aporta grandes ventajas: supone una opción con una buena relación calidad – precio que garantiza elevada capacidad en aplicaciones con restricciones de espacio. Además, es insensible a la sobretensión, según especificaciones en sus hojas técnicas respecto al voltaje aplicado.
Las desventajas son mayor impedancia, una tendencia a “secarse” con el paso del tiempo, un fuerte incremento de la impedancia a bajas temperaturas y su dependencia del rango de temperatura. Esto queda determinado por los parámetros de los componentes estipulados, que, a su vez, están definidos por el electrolito usado.
Un condensador electrolítico con un electrolito líquido (o e-cap) consiste esencialmente de dos tiras de lámina de aluminio separadas por un papel. El área de contacto efectiva de la lámina del ánodo aumenta mediante un grabado electroquímico. Al aplicar la tensión (forming), surge una capa delgada de óxido de aluminio en la superficie que actúa como dieléctrico. El electrolito sólido o líquido forma el cátodo, que contacta con el exterior a través de la segunda lámina de aluminio. Ambas láminas se alinean en un punto deseado y, entonces, se enrollan con el papel aislante y empapan con un electrolito líquido para propósitos de impregnación.
Por último, una tapa de goma sella la cubierta del condensador con la bobina impregnada. A la hora de diseñar el condensador, la resistencia serie equivalente (ESR) posterior se determina por la alineación, el electrolito empleado y el papel separador.
Comparación de electrolitos en los condensadores electrolíticos
Se utilizan varios electrolitos líquidos en los actuales condensadores electrolíticos. Los electrolitos que contienen etilenglicol (EG) o ácido bórico son ampliamente usados en condensadores electrolíticos de media y alta tensión con temperaturas de hasta +85 °C. En este caso, el electrolito tiene entre un 5 y un 20% de agua y los inhibidores (químicos) impiden que la capa de óxido de aluminio se vea afectada por la presencia del agua.
Los electrolitos orgánicos como dimetilformamida (DMF), butirolactona (GBL) y dimetilacetamida (DMA) trabajan en el rango de temperatura de -55 a +150 °C. Tienen parámetros estables, incluyendo baja corriente de fuga y buenas propiedades a largo plazo, garantizando mayores periodos operativos. Su contenido de agua es extremadamente bajo.
El contenido de agua de los electrolitos acuosos puede ascender hasta el 70%. Esta elevada concentración ofrece diversos beneficios: el agua con una conductividad dieléctrica de ε = 81 ofrece la propiedad de unir un gran número de iones salinos. Esto redunda en una excelente conductividad, que se traduce en una ESR extremadamente baja. Por el contrario, se producen corrientes de rizado superiores a las de electrolitos convencionales (casi libres de agua). Además, los costes del material de llenado de electrolito son significativamente menores debido al elevado contenido de agua.
Sin embargo, tienen una gran desventaja, ya que el agua reacciona mediante hidratación en contacto directo con el aluminio. Por ello, una capa de óxido de aluminio robusta protege el aluminio. Para evitar la hidratación o la corrosión, incluso en caso de una capa dañada, por un error de producción o un almacenamiento prolongado, se añaden inhibidores o pasivadores al electrolito.
Si tiene en cuenta esta medida, se puede formar una gran cantidad de calor y gas (hidrógeno) cuando el agua y el aluminio entran en contacto. Los condensadores se dañarán considerablemente y, en caso extremos, pueden explotar.
Futuro para los condensadores electrolíticos
Todavía hoy, las especificaciones de componentes describen que los condensadores electrolíticos basados en agua nunca deben usarse. No obstante, esta especificación no define expresamente, por ejemplo, el máximo contenido de agua permisible. Además, el efecto negativo de añadir aditivos ya no se produce, haciendo que los condensadores sean ideales en aquellas aplicaciones con una larga vida de servicio o elevados factores de carga. Los electrolitos con un mayor contenido de agua se suelen encontrar en modelos con baja ESR y alta resistencia de corriente de rizado y una vida operativa de, al menos, 10.000 horas a +105 °C.
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