커패시터의 역사에서 선구적인 시기는 커패시터가 전자의 발견보다 먼저 전기에 대한 초기 이해를 얻기 위해 주로 사용되었던 시기였습니다. 사람들이 줄을 서서 손을 잡고 축전기를 방전시키는 등 응접실 시연을 하는 시간이기도 했다. 커패시터의 현대 시대는 1800년대 후반에 특정 특성을 가진 신뢰할 수 있는 커패시터가 요구되는 전기의 실제 적용 시대가 시작되면서 시작됩니다.

라이덴 병

전송 장치가 있는 Marconi, Wikimedia Commons를 통해 LIFE [Public domain]에 게시됨

그러한 실용적인 용도 중 하나는 1900년 직전부터 시작하여 10년과 20년 동안 Marconi의 무선 스파크 갭 송신기에서 사용되었습니다. 트랜스미터는 스파크 갭을 가로질러 방전하기 위해 고전압을 생성했으며 이 전압을 견디기 위해 도자기 커패시터를 사용했습니다. 고주파도 필요했습니다. 이들은 기본적으로 Leyden 병이었고 필요한 커패시턴스를 얻기 위해 많은 공간이 필요했습니다.

운모

1909년에 William Dubilier는 무선 하드웨어의 공진 회로를 위해 수신 측에서 사용된 더 작은 마이카 커패시터를 발명했습니다.

초기 마이카 커패시터는 기본적으로 "클램프된 마이카 커패시터"라고 불리는 것으로 함께 고정된 마이카 및 구리 호일의 레이어였습니다. 하지만 이러한 커패시터는 그다지 신뢰할 수 없었습니다. 금속 호일에 압착된 운모 시트일 뿐이므로 운모와 호일 사이에 에어 갭이 있었습니다. 이러한 간격은 산화 및 부식을 허용했으며 플레이트 사이의 거리가 변경되어 정전 용량이 변경됨을 의미했습니다.

1920년대에 은 운모 축전기가 개발되었는데, 운모가 금속으로 양면에 코팅되어 에어 갭이 제거된 축전기입니다. 두꺼운 호일 대신 얇은 금속 코팅을 사용하면 커패시터도 더 작게 만들 수 있습니다. 이들은 매우 신뢰할 수 있었습니다. 물론 우리는 거기서 멈추지 않았습니다. 커패시터의 현대 시대는 매혹적인 이야기를 위해 하나의 돌파구로 표시되었습니다. 한 번 보자.

세라믹

마이크로 프로세서 주변의 MLCC. Elcap 작성 [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commons를 통해

1920년대 독일에서는 운모가 풍부하지 않았기 때문에 새로운 세라믹 축전기 제품군을 실험하여 이산화티타늄(금홍석)이 온도 보상을 위한 정전 용량의 선형 온도 의존성을 가지며 운모 축전기를 대체할 수 있음을 발견했습니다. 처음에는 소량 생산되었고 1940년대에는 대량 생산되었습니다. 그들은 양면이 금속화된 디스크로 구성되었습니다.

더 높은 정전용량을 얻기 위해 운모 또는 이산화티타늄의 유전율이 10배인 티탄산바륨을 사용했습니다. 그러나 그들은 전기적 매개변수가 덜 안정적이었고 안정성이 덜 중요한 경우에만 운모를 대체할 수 있었습니다. 이것은 제2차 세계 대전 이후에 개선되었습니다.

1961년에 출범한 미국 회사는 더 작고 더 높은 정전 용량을 가진 적층 세라믹 커패시터(MLCC)를 개척했습니다. 2012년 기준으로 매년 10^12개 이상의 티탄산바륨 MLCC가 생산됩니다.

알루미늄 전해

전해 콘덴서

1890년대에 Charles Pollak은 알루미늄 양극의 산화물 층이 중성 또는 알칼리성 용액에서 안정하다는 것을 발견했으며 1897년에 붕사 전해질 알루미늄 축전기에 대한 특허를 받았습니다. 최초의 "습식" 전해 커패시터는 1920년대에 잠시 라디오에 등장했지만 수명이 제한되었습니다. 수분 함량이 높기 때문에 "습식"이라고 불렀습니다. 그들은 기본적으로 물에 용해된 붕사 또는 기타 전해질 용액에 금속 양극이 담긴 용기였습니다. 용기 외부는 다른 판 역할을 했습니다. 이들은 릴레이 소음을 줄이기 위해 대규모 전화 교환에 사용되었습니다.

전해 커패시터의 현대 조상에 대한 특허는 Samual Ruben이 1925년에 제출했습니다. 그는 산화물로 코팅된 양극과 두 번째 판인 금속 호일 사이에 젤 같은 전해질을 끼웠기 때문에 물로 채워진 용기가 필요하지 않았습니다. 그 결과 "건식" 전해 커패시터가 탄생했습니다. 또 다른 추가 사항은 호일의 회전 사이에 종이 공간이 있다는 것입니다. 이 모든 것이 크기와 가격을 크게 줄였습니다.

1936년 Cornell-Dubilier 회사는 양극 표면을 거칠게 하여 정전 용량을 증가시키는 것과 같은 개선 사항을 포함하여 알루미늄 전해 커패시터를 출시했습니다. AEG 회사인 Hydra-Werke는 동시에 독일 베를린에서 대량 생산을 시작했습니다.

제2차 세계대전 이후 라디오와 텔레비전 기술의 급속한 발전으로 인해 생산량은 물론 다양한 스타일과 크기로 이어졌습니다. 개선 사항에는 유기물 기반의 새로운 전해질을 사용하여 누설 전류 및 등가 직렬 저항(ESR) 감소, 더 넓은 온도 범위 및 더 긴 수명이 포함됩니다. 1970년대부터 1990년대까지 추가 개발에는 누설 전류 감소, ESR 추가 감소 및 온도 상승도 포함되었습니다.

2000년에서 2005년 사이에 "커패시터 재앙"으로 알려지게 된 것은 아마도 도난당한 레시피를 사용했지만 조기 고장으로 이어지는 특정 안정화 물질이 없었기 때문일 수 있습니다.

탄탈륨 전해

표면 실장형 탄탈륨 커패시터. Epop [퍼블릭 도메인], Wikimedia Commons를 통해

탄탈륨 전해 커패시터는 1930년대에 군사 목적으로 처음 제조되었습니다. 이들은 감긴 탄탈륨 호일과 비고체 전해질을 사용했습니다. 1950년대에 Bell Laboratories는 최초의 고체 전해질 탄탈 커패시터를 만들었습니다. 그들은 탄탈륨을 분말로 분쇄하고 실린더로 소결했습니다. 처음에는 액체 전해질이 사용되었지만 이산화망간이 고체 전해질로 사용될 수 있음을 발견했습니다.

Bell Labs가 근본적인 발명을 했지만 1954년 Sprague Electric Company는 공정을 개선하여 상업적으로 실행 가능한 최초의 탄탈륨 고체 전해질 커패시터를 생산했습니다.

1975년에는 ESR을 낮추는 이산화망간을 대체하는 훨씬 더 높은 전도도의 전도성 폴리머가 포함된 폴리머 탄탈륨 전해 커패시터가 등장했습니다. NEC는 1997년 Sanyo와 함께 1995년 SMD(표면 실장 장치)용 폴리머 탄탈룸 커패시터를 출시했습니다.

탄탈륨 광석은 가격 충격에 노출되어 있으며 1980년과 2000/2001년에 두 차례 그러한 사건이 발생했습니다. 후자의 충격으로 이산화망간 전해질을 사용하여 탄탈륨 커패시터와 거의 동일한 특성을 제공하는 니오븀 전해 커패시터가 개발되었습니다.

고분자 필름

필름 커패시터. Elcap [CC-BY-SA 3.0], Wikimedia Commons를 통해

금속화된 종이 축전기는 1900년에 GF Mansbridge에 의해 특허를 받았습니다. 금속 입자로 채워진 바인더로 종이를 코팅하여 금속화를 수행했습니다. 이들은 1900년대 초반에 전화 통신(통신)의 디커플링 커패시터로 일반적으로 사용되었습니다. 제2차 세계 대전 중에 Bosch는 공정을 개선하여 종이를 래커로 코팅하고 금속의 진공 증착을 사용하여 코팅하여 제조했습니다. 1954년경 Bell Labs는 종이와 분리된 2.5um 두께의 금속화 래커 필름을 만들어 훨씬 더 작은 축전기를 만들었습니다. 이것은 최초의 고분자 필름 축전기라고 할 수 있습니다.

제2차 세계 대전 중에 유기 화학자들이 플라스틱에 대해 연구한 결과, 이러한 현상은 더욱 심화되었습니다. 1954년 최초의
마일라 축전기가 그 중 하나였습니다. Mylar는 1952년 Dupont에 의해 등록되었으며 매우 강한 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)입니다. 1954년에는 12um 금속화 마일라 필름 축전기가 생산되었습니다. 1959년까지 목록에는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, PET 및 폴리카보네이트로 만든 커패시터가 포함되었습니다. 1970년까지 전력 회사는 종이 없이 필름 호일 축전기를 사용했습니다.

이중층(슈퍼커패시터)

슈퍼커패시터, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commons를 통해

그러면 우리는 마지막 커패시터 유형과 수천 패럿의 커패시턴스를 가진 매우 흥미로운 커패시터 유형으로 이동합니다. 1950년대 초 제너럴 일렉트릭(GE)의 연구는 다공성 탄소 전극이 있는 축전기를 실험하기 위해 연료 전지 및 충전식 배터리에 대한 배경 지식을 사용했습니다. 이로 인해 H. Becker는 "다공성 탄소 전극이 있는 저전압 전해 커패시터"로 커패시터에 대한 특허를 얻었으며, 극도로 높은 용량으로 이어지는 원리를 이해하지 못했습니다. GE는 더 이상 추구하지 않았습니다.

오하이오의 Standard Oil은 또 다른 버전을 개발했고 결국 1970년대에 NEC에 라이선스를 부여했고 NEC는 이를 상표명인 슈퍼커패시터로 마침내 상용화했습니다. 그것은 5.5V로 평가되었고 최대 1F의 커패시턴스를 가졌습니다. 그것들은 크기가 최대 5 cm^3이었고 컴퓨터 메모리의 백업 전원으로 사용되었습니다.

오타와 대학의 명예 교수인 Brian Evans Conway는 1975년부터 1980년까지 루테늄 산화물 전기화학 축전기에 대해 연구했습니다. 1991년에 그는 전기화학 저장에서 슈퍼 커패시터와 배터리의 차이점을 설명했고, 1999년에 슈퍼 커패시터라는 용어를 다시 만들면서 완전한 설명을 했습니다.

제품과 시장은 Goldcaps, Dynacap 및 PRI Ultracapacitor와 같은 제품 이름으로 천천히 성장했으며 후자는 1982년 Pinnacle Research Institute(PRI)가 군사 목적으로 개발한 내부 저항이 낮은 최초의 슈퍼 커패시터입니다.

시장에서 비교적 최근에 개발된 제품에는 활성탄 양극을 리튬 이온으로 도핑하는 리튬 이온 커패시터가 포함됩니다. 이들은 약 2.7V에서 수천 패럿(4자리)의 커패시턴스를 가집니다.

결론

축전기의 역사 – 개척의 해  게시물에 대한 귀하의 의견에 따르면 축전기보다는 콘덴서라는 용어의 사용이 부족하지 않습니다. 그렇다면 커패시터라는 용어는 어디에서 왔습니까? 알려지지 않은 것 같지만 옥스포드 영어 사전은 1922 BSI(British Standards Institution?) Glossary of Terms in Electrical Engineering에서 '커패시터'가 '새로운 용어'라고 말하고 증기와 혼동을 피하기 위해 사용될 것을 제안합니다. '콘덴서'.

출처:HACKADAY