(57)【要約】【課題】湿式キャパシタを用いる回路の電力出力の増強を助けるために、湿式キャパシタのキャパシタンス及び能力の観点から良好な体積効率を呈することができる、湿式キャパシタに対するニーズがある。【解決手段】誘電体層を含む焼結多孔質アノード本体、液体電解質、及びカソードを備える湿式電解キャパシタを提供する。アノード本体内には、少なくとも１つの縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成される。チャンネルは、約２以上、特定の実施形態において約５以上、特定の実施形態において約１０から約２００、特定の実施形態において約１５から約１５０、特定の実施形態において約２０から約１００、及び特定の実施形態において約３０から約６０等の比較的高いアスペクト比（長さを幅で除した値）を有することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向に延び誘電体でコーティングされた焼結多孔質アノード本体を含むアノードと、
液体電解質と、
基材を含むカソードと、
を備える湿式電解キャパシタであって、
前記アノード本体が、近位端と反対側の遠位端との間に位置する側壁を含み、前記側壁内には、縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成される、湿式電解キャパシタ。
【請求項２】
前記多孔質アノード本体が、タンタル、ニオブ、又はそれらの導電性酸化物を含有する粉末から形成される、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項３】
前記粉末が、約２０，０００から約４５０，０００μＦ＊Ｖ／ｇの比電荷を有する、請求項２に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項４】
前記アノード本体が、縦方向の長さ、幅、及び奥行を有し、幅及び奥行の両方に対する長さの比が、約１．１から約１０である、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項５】
前記縦方向に延びるチャンネルが、前記遠位端及び前記近位端の両方と交差する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項６】
アノードリードが、前記アノードの前記近位端から縦方向に延びる、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項７】
前記アノード本体が、略円筒形状である、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項８】
前記チャンネルが、約２以上のアスペクト比を有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項９】
前記チャンネルが、約１５から約１５０のアスペクト比を有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１０】
前記チャンネルが、約１から約６０ミリメートルの長さ、及び約０．０２から約１５ミリメートルの幅を有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１１】
前記チャンネルが、略一定の幅を有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１２】
前記チャンネルが、前記多孔質アノード本体の厚さの約５％から約５０％である深さを有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１３】
複数の縦方向に延びるチャンネルが、前記アノード本体の前記側壁内に凹型に形成される、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１４】
４から１０個のチャンネルが、前記アノード本体内に凹型に形成される、請求項１３に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１５】
前記チャンネルが、前記アノード本体の縦方向中心軸の周りに略対称に分布される、請求項１３に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１６】
前記アノード本体が、第１及び第２の縦方向に延びるチャンネルを含み、前記第１のチャンネルが前記第２のチャンネルとは異なる深さで前記側壁内に凹型に形成される、請求項１３に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１７】
前記第１のチャンネルが、前記アノード本体の厚さの約２５％から約４５％である深さを有し、前記第２のチャンネルが前記アノード本体の厚さの約１０％から約２５％である深さを有する、請求項１６に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１８】
前記チャンネルが、前記縦方向と実質的に平行である、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項１９】
前記基材の表面上に配置される電気化学活物質を更に備える、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２０】
前記電気化学活物質が、導電性ポリマーを含有する、請求項１９に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２１】
前記基材が、チタン、タンタル、又はそれらの組み合わせから成る、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２２】
前記液体電解質が、水性である、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２３】
前記液体電解質が、約４．５から約７．０のｐＨを有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２４】
前記基材が、内部に前記アノード及び前記液体電解質が配置される、ケーシングの形態である、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２５】
前記キャパシタが、約２０，０００から約９５，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3の体積効率を示す、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２６】
最大リップル電流が、約２．５アンペア以上である、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２７】
前記アノードが、約５０ｐｐｍ以下のカーボンを含有する、請求項１に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項２８】
近位端と反対側の遠位端との間に位置する側壁を有する略円筒形の焼結多孔質アノード本体を含み、該アノード本体が誘電体でコーティングされるアノードと、
水性液体電解質と、
内部に前記アノード及び前記液体電解質が配置され、内面に電気化学活物質が配置される略円筒形の金属ケーシングと、
を備える湿式電解キャパシタであって、
前記アノード本体の前記側壁内には複数の縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成され、前記アノード本体が、タンタル、ニオブ、又はそれらの導電性酸化物を含み、前記アノードが、該アノードの前記近位端から前記縦方向に延びるアノードリード線を更に備える、湿式電解キャパシタ。
【請求項２９】
前記チャンネルが、２以上のアスペクト比を有する、請求項２８に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項３０】
前記チャンネルが、約１５から約１５０のアスペクト比を有する、請求項２８に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項３１】
前記チャンネルが、略一定の幅を有する、請求項２８に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項３２】
前記チャンネルが、前記アノード本体の縦方向中心軸の周りに略対称に分布される、請求項２８に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項３３】
前記アノード本体が、第１及び第２の縦方向に延びるチャンネルを含み、前記アノード本体の前記側壁内には、前記第１のチャンネルが前記第２のチャンネルと異なる深さに凹型に形成される、請求項２８に記載の湿式電解キャパシタ。
【請求項３４】
湿式電解キャパシタを形成する方法であって、
粉末を加圧成形して縦方向に延びる多孔質アノード本体とする段階と、
前記多孔質アノード本体を焼結する段階と、
前記焼結したアノード本体をアノード酸化してアノードを形成する段階と、
前記アノードをカソード及び液体電解質と電気接続する状態に配置する段階と、
を含み、前記アノード本体内には、縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成される方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
湿式タンタルキャパシタは、体積効率、信頼性、及びプロセス適合性によって回路設計に益々使用されてきている。こうしたキャパシタは、通常、特定の他の種類のキャパシタよりも単位体積当たりのキャパシタンスが大きく、高電流、高電力で低周波数の電気回路において、このキャパシタは有用なものとなっている。また、この種のキャパシタは、一般に、アノード表面を覆う誘電性金属酸化物の形成に起因して単位セル電圧が高い。従って、湿式タンタルキャパシタは、医療、工業、防衛、航空宇宙、掘削等の、高キャパシタンス、高電圧、高い信頼性、長寿命が要求される用途で使用されることが多い。詳細には、これらの用途において、湿式タンタルキャパシタは、通常、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用のフィルタリング／カップリング・キャパシタとして用いられる。こうした回路に使用される従来型の湿式タンタルキャパシタの１つの問題は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路用の高レベルのキャパシタンス及び電力出力を得るために、一般に、キャパシタが非常に大きいサイズ（体積）を必要とすることである。更に、同等レベルの電気的性能を有するこうしたキャパシタのサイズを小さくしようとする試みには問題があることが判明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第６，３２２，９１２号公報
【特許文献２】米国特許第６，３９１，２７５号公報
【特許文献３】米国特許第６，４１６，７３０号公報
【特許文献４】米国特許第６，５２７，９３７号公報
【特許文献５】米国特許第６，５７６，０９９号公報
【特許文献６】米国特許第６，５９２，７４０号公報
【特許文献７】米国特許第６，６３９，７８７号公報
【特許文献８】米国特許第７，２２０，３９７号公報
【特許文献９】米国特許出願公開第２００５／００１９５８１号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００５／０１０３６３８号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００５／００１３７６５号
【特許文献１２】米国特許第６，１９７，２５２号公報
【特許文献１３】米国特許第５，３６９，５４７号公報
【特許文献１４】米国特許第６，５９４，１４０号公報
【特許文献１５】米国特許出願公開第２０１０／０１４２１２４号
【特許文献１６】米国特許第６，９８７，６６３号公報
【特許文献１７】米国特許第５，１１１，３２７号公報
【特許文献１８】米国特許第６，６３５，７２９号公報
【特許文献１９】米国特許第７，５１５，３９６号公報
【特許文献２０】米国特許第５，４５７，８６２号公報
【特許文献２１】米国特許第５，４７３，５０３号公報
【特許文献２２】米国特許第５，７２９，４２８号公報
【特許文献２３】米国特許第５，８１２，３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、湿式キャパシタを用いる回路の電力出力の増強を助けるために、湿式キャパシタのキャパシタンス及び能力の観点から良好な体積効率を呈することができる、湿式キャパシタに対するニーズが現在でも存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの実施形態によれば、アノード、液体電解質、及び基材を含むカソードを備える湿式電解キャパシタが開示される。アノードは、縦方向に延び、誘電体でコーティングされた焼結多孔質アノード本体を含む。アノード本体は、近位端と反対側の遠位端との間に位置する側壁を含み、側壁内には、縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成される。
【０００５】
本発明の別の実施形態によれば、アノード、水性液体電解質、及び内部にアノード及び液体電解質が配置される略円筒形の金属ケーシングを備える湿式電解キャパシタが開示され、電気化学活物質はケーシングの内面に配置される。アノードは、近位端と反対側の遠位端との間に位置する側壁を有する略円筒形の焼結アノード本体を含む。アノード本体は、誘電体でコーティングされる。アノード本体の側壁内には、複数の縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成される。アノード本体は、タンタル、ニオブ、又はそれらの導電性酸化物を含有する。アノードは、該アノードの近位端から縦方向に延びるアノードリード線を更に備える。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、湿式電解キャパシタを形成する方法が開示され、本方法は、粉末を加圧成形して縦方向に延びる多孔質アノード本体とする段階と、多孔質アノード本体を焼結する段階と、焼結したアノード本体をアノード酸化してアノードを形成する段階と、アノードをカソード及び液体電解質と電気接続する状態に配置する段階とを含み、アノード本体内には、縦方向に延びるチャンネルが凹型に形成される。
【０００７】
本発明の他の特徴及び態様は、以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の湿式電解キャパシタに用いることができるアノードの１つの実施形態の透視図である。
【図２】図１のアノードの側面図である。
【図３】図１のアノードの平面図である。
【図４】本発明の湿式電解キャパシタに用いることができるアノードの別の実施形態の平面図である。
【図５】図１−図３に示したアノードを用いる本発明の湿式電解キャパシタの１つの実施形態の断面図である。
【図６】本発明の湿式電解キャパシタに用いることができるアノードのなお別の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の完全かつ有効な開示は、当業者に対するベストモードを含み、添付図面の参照も含む本明細書の残りの部分で詳細に説明される。
【００１０】
本明細書及び図面における同じ参照符号は、本発明の同じ又は類似の特徴部又は要素を表すことを意味する。
【００１１】
本開示は、単に例示的な実施形態の説明であり、当業者であれば本発明の広範な態様を限定する意図がないことを理解できるはずである。
【００１２】
全体的に、本発明は、誘電体を含む焼結多孔質アノード本体、液体電解質、及びカソードを含む湿式電解キャパシタに関する。少なくとも１つの縦方向に延びるチャンネルがアノード本体内に凹型に形成されている。チャンネルは、高いアスペクト比（長さを幅で除した値）をもつことができ、例えば、約２又はそれ以上、特定の実施形態において約５又はそれ以上、特定の実施形態において約１０から約２００、特定の実施形態において約１５から約１５０、特定の実施形態において約２０から約１００、及び特定の実施形態において約３０から約６０である。このチャンネルは、アノードの外側表面積を著しく増大させることができるので、アノードの放熱レベルを高めることができる。熱放散性能によって、結果として得られるキャパシタは、従来型の湿式電解キャパシタよりも大きな最大リップル電流（すなわち、キャパシタの温度を４０ｋＨｚの周波数で１０℃上昇させるのに要する電流）を呈することができる。例えば、最大リップル電流は、約２．５アンペア又はそれ以上、特定の実施形態において約３．０アンペア又はそれ以上、及び特定の実施形態において約３．２アンペアから約５．０アンペアとすることができる。特に、これにより、このキャパシタを使用するＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力を高めることができる、又は予め定められた電力出力を実現するのに必要なキャパシタのサイズ／重量を更に低減することができる。
【００１３】
アノードの利用可能な大きな表面積は、アノード酸化時にアノード酸化用電解質がアノード本体の細孔に入る可能性を高めることもできる。この大きな浸透効率にある程度起因して、本発明者らは、高い比電荷を有する粉末、換言すれば各粒子の間に形成された小さな細孔を有する粉末が、有効にアノード酸化できることを発見した。これにより、同じサイズのパッケージ内で高いキャパシタンス値を得ることが可能になる。体積効率は、例えば、約１０，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3から約１５０，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3、特定の実施形態において約１５，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3から約１００，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3、及び特定の実施形態において約２０，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3から約９５，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3の範囲とすることができる。体積効率は、パーツの定格電圧にそのキャパシタンスを乗じ、次いでその積をパーツの体積で除して決定される。例えば、１８００μＦのキャパシタンスを有するパーツについて５０ボルトが定格であれば、９０，０００μＦ＊Ｖの積となる。パーツが約２ｃｍ3の体積を占有する場合、約４５，０００μＦ＊Ｖ／ｃｍ3の体積効率となる。キャパシタンスは、例えば、平方センチメートル当たり１ミリファラッド（「ｍＦ／ｃｍ2」以上、特定の実施形態において約２ｍＦ／ｃｍ2以上、特定の実施形態において約５から約５０ｍＦ／ｃｍ2、及び特定の実施形態において約１０から約４０ｍＦ／ｃｍ2とすることができる。
【００１４】
代替的に、大きなパッケージサイズは、高い誘電体品質で実現することができるので、キャパシタは、高電圧用途で用いるための高い絶縁破壊電圧（キャパシタが破壊される電圧）を呈することができる。キャパシタは、例えば、約１８０ボルト以上、特定の実施形態において約２００ボルト以上、及び特定の実施形態において約２１０ボルトから約２６０ボルトの絶縁破壊電圧を呈することができる。更に、大きなアノード表面積は、キャパシタの使用時の電解質とアノードとの間の接触レベルを高めることができるので、結果的に低い等価直列抵抗（「ＥＳＲ」）又は低い漏れ電流等の他の良好な電気的特性をもたらすこともできる。ＥＳＲは、２ボルトのバイアス及び１２０Ｈｚの周波数での１ボルトの信号を用いて計測して、例えば、約１５，０００ミリオーム未満、特定の実施形態において約１０，０００ミリオーム未満、特定の実施形態において約５，０００ミリオーム未満、及び特定の実施形態において約１から４，５００ミリオームとすることができる。更に、正規化漏れ電流は、約１μＡ／μＦ＊Ｖ未満、特定の実施形態において約０．５μＡ／μＦ＊Ｖ未満、及び特定の実施形態において約０．１μＡ／μＦ＊Ｖ未満とすることができ、ここでμＡはマイクロアンペア、μＦ＊Ｖはキャパシタンスと定格電圧との積である。漏れ電流は、２５℃の温度及び所定の定格電圧で約６０から約３００秒の充電時間の後で、リーケージテストメータ（例えば、英国所在のＭａｎｔｒａｃｏｕｒｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社のＭＣ１９０リーケージテスト）を用いて計測することができる。こうしたＥＳＲ及び正規化漏れ電流値は、高温で相当の時間にわたるエージング後にも維持することができる。例えば、約１００℃から約２５０℃、及び特定の実施形態において約１００℃から約２００℃（例えば、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、又は２００℃）の範囲の温度で、約１００時間以上、特定の実施形態において約３００時間から約２５００時間、及び特定の実施形態において約４００時間から約１５００時間（例えば、５００時間、６００時間、７００時間、９００時間、１０００時間、１１００時間、又は１２００時間）にわたってこれらの値を維持することができる。
【００１５】
しかしながら、利用可能な表面積を単純に増大させることに加え、本発明者らは、チャンネルがキャパシタの電気性能に他の多くの利点をもたらし得ることを思いがけなく発見した。例えば、加圧成形を容易にするために、バインダ及び／又は潤滑剤をアノード本体に包含する場合が多い。この成分は種々の加熱及び／又は洗浄ステップで除去できるが、それにもかかわらず、カーボンの一部の残留物が加圧成形した本体内に残存する可能性がある。しかしながら、この残留カーボンは、アノード酸化の間に形成される他のアモルファス誘電体層の結晶化の原因となる場合があり、アノードに損傷を与える可能性がある。この損傷は全ての種類のキャパシタに大きな影響を与えるものではないが、本発明者らは、一般的に大きなサイズ及び／又は高い比電荷の粉末から形成された湿式電解キャパシタに使用されるアノードに関して、このことは特に問題があることを発見した。それにもかかわらず、本発明者らは、本発明のチャンネルがカーボンの含有量を減少させて電気的性能を高めるのに役立つことを発見した。詳細には、チャンネルは、洗浄用液体とアノード本体表面との付着力を解消するのに役立つ毛細管圧力を生じることができ、これにより洗浄用液体、換言すればカーボンをアノードから除去できるレベルを更に高めると考えられる。結果として得られたアノードは、例えば、約１００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）未満のカーボン、特定の実施形態において約５０ｐｐｍ未満のカーボン、及び特定の実施形態において０から１０ｐｐｍのカーボンを含有することができる。チャンネルが生じる毛細管圧力は、他の利点をもつこともできる。例えば、チャンネルによって、アノード酸化ステップの完了後、アノード酸化用電解質を迅速に除去できるので、冷却速度を高めて欠陥の発生を最小にすることができる。
以下に本発明の種々の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
Ｉ．アノード
【００１７】
アノードは、バルブ金属組成物で形成できる焼結多孔質ボディを含む。バルブ金属組成物は、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ハフニウム、チタン、それらの合金、それらの酸化物、それらの窒化物等のバルブ金属（すなわち、酸化することが可能である金属）又はバルブ金属ベースの化合物を含有する。例えば、バルブ金属組成物は、１：１．０±１．０、特定の実施形態において１：１０±０．３、特定の実施形態において１：１０±０．１、及び特定の実施形態において１：１±０．０５の、ニオブの酸素に対する原子比を有するニオブ酸化物等のニオブ導電性酸化物を含有することができる。例えば、ニオブ酸化物は、ＮｂＯ0.7、ＮｂＯ1.0、ＮｂＯ1.1、及びＮｂＯ2とすることができる。そのようなバルブ金属酸化物の例は、Ｆｉｆｅに付与された米国特許第６，３２２，９１２号；Ｆｉｆｅほかに付与された米国特許第６，３９１，２７５号；Ｆｉｆｅほかに付与された米国特許第６，４１６，７３０号；Ｆｉｆｅに付与された米国特許第６，５２７，９３７号；Ｋｉｍｍｅｌほかに付与された米国特許第６，５７６，０９９号；Ｆｉｆｅほかに付与された米国特許第６，５９２，７４０号；及びＫｉｍｍｅｌほかに付与された米国特許第６，６３９，７８７号；及びＫｉｍｍｅｌほかに付与された米国特許第７，２２０，３９７号；並びにＳｃｈｎｉｔｔｅｒの米国特許出願公開第２００５／００１９５８１号；Ｓｃｈｎｉｔｔｅｒほかの米国特許出願公開第２００５／０１０３６３８号；Ｔｈｏｍａｓほかの米国特許出願公開第２００５／００１３７６５号に開示され、その全ての開示内容は、引用により本明細書に組み込まれている。
【００１８】
アノードを形成するために、一般的にバルブ金属組成物の粉末が用いられる。粉末は、ノジュラー、アンギュラー、フレーク等の様々な形状の粒子の何れか、又はそれらの混合物を含むことができる。特に適切な粉末は、Ｃａｂｏｔ社から入手できるタンタル粉末（例えば、Ｃ２５５フレーク粉末、ＴＵ４Ｄフレーク／ノジュラー粉末等）及びＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｋから入手できるタンタル粉末（例えば、ＮＨ１７５ノジュラー粉末）である。特定の場合、粉末は、低い比電荷を有し、高い作動電圧に耐える厚い誘電体層を成長させる能力を最適化するようになっている。すなわち、粉末は、約２０，０００マイクロファラッド＊ボルト／グラム（「μＦ＊Ｖ／ｇ」）未満、特定の実施形態において約１，０００μＦ＊Ｖ／ｇから約１５，０００μＦ＊Ｖ／ｇ、及び特定の実施形態においてμＦ＊Ｖ／ｇの比電荷を有することができる。しかしながら、前述のように、本発明者らは、大きな外側表面積、及び多くの場合この粉末に付随する小さな細孔内に浸透するアノード酸化電解質に関する能力によって、比較的高い比電荷を有する粉末を利用できることも発見した。例えば、この高比電荷粉末は、約２０，０００から約４５０，０００μＦ＊Ｖ／ｇ、特定の実施形態において約３０，０００から約３５０，０００μＦ＊Ｖ／ｇ、特定の実施形態において約４０，０００から約３００，０００μＦ＊Ｖ／ｇ、及び特定の実施形態において約５０，０００から約２００，０００μＦ＊Ｖ／ｇの比電荷を有することができる。
【００１９】
粉末は、当業者に公知の手法を使用して形成できる。例えば、前駆体タンタル粉末は、例えば、タンタル塩（例えば、カリウム・フルオタンタラート（Ｋ2ＴａＦ7）、ナトリウム・フルオタンタラート（Ｎａ2ＴａＦ7）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）等）を還元剤（例えば、水素、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等）を用いて還元することによって形成できる。この粉末は、例えば、不活性又は還元性雰囲気内での単一又は複数の熱処理ステップ等によって凝集させることができる。粉末は、粉砕、脱酸素、浸出、ドーピング等の当業者に公知の種々の他の任意の方法を施すことができる。
【００２０】
前述のように、粉末は、バインダ及び／又は滑剤と随意的に混ぜ合わせることもでき、アノード本体を形成するために加圧成形する際に、粒子が相互に適切に付着することを保証するようになっている。適切なバインダとしては、例えば、ポリ（ビニルブチラール）；ポリ（酢酸ビニル）；ポリ（ビニルアルコール）；ポリ（ビニルピロリドン）；カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、及びメチルヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系ポリマー；アタクチックポリプロピレン、ポリエチレン；ポリエチレングリコール（例えば、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のＣａｒｂｏｗａｘ）；ポリスチレン、ポリ（ブタジエン／スチレン）；ポリアミド、ポリイミド、及びポリアクリルアミド、高分子量ポリエーテル；エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドのコポリマー；ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、及びフルオロ‐オレフィンコポリマー等のフルオロポリマー；ポリアクリル酸ナトリウム、ポリ（低級アルキルアクリラート）、ポリ（低級アルキルメタクリラート）及び低級アルキルアクリラート及びメタクリラートのコポリマー等のアクリル系ポリマー；及びステアリン酸及び他の滑らかな性状の脂肪酸、植物性ワックス、マイクロワックス（精製パラフィン）等の脂肪酸及びワックスを挙げることができる。バインダは、溶媒中に溶解又は分散させることができる。例示的な溶媒としては、水、アルコール、等を挙げることができる。使用時、バインダ及び／又は滑剤の割合は、全重量の約０．１重量％から約８重量％まで変えることができる。しかしながら、本発明において、バインダ及び／又は滑剤は必須でないことを理解されたい。
【００２１】
結果として得られた粉末は、粉末加圧装置を用いてペレットを形成するために圧縮成形することができる。例えば、ダイ及び１つ又は複数のパンチを備える単一ステーション圧密プレスであるプレスモールドを用いることができる。代替的に、アンビル型圧密プレスモールドを使用することができ、これは、ダイ及び単一の下側パンチだけを使用する。単一ステーション圧密プレスモールドは、シングルアクション、ダブルアクション、フローティング・ダイ、可動プラテン、対向ラム、スクリュー、インパクト、ホットプレス、コイニング、又はサイジング等の様々な機能を有する、カム式、トグル／ナックル式、及び偏心／クランク式プレス等の幾つかの基本タイプで利用できる。粉末は、アノードリード（例えば、タンタルワイア）の周囲に圧縮成形することができる。アノードリードは、代替的にアノード本体のプレス加工及び／又は焼結に続いてアノード本体に取り付ける（例えば、溶接する）ことができることも理解されたい。必須ではないが、本発明のチャンネルは、当業者には公知のように加圧成形時に形成できる。例えば、プレスモールドは、チャンネルの所望の形状に対応する１つ又はそれ以上の縦方向の窪みを含むことができる。この方法で、粉末は窪みの周りに圧縮されるので、モールドから取り外すと、結果として得られたアノード本体は、モールド内で縦方向の窪みが位置する領域に縦方向チャンネルを有する。
【００２２】
圧縮成形の後、何らかのバインダ／滑剤は、様々な異なった手法を使用して除去することができる。特定の実施形態において、例えば、ペレットは、所定の温度（例えば、約１５０℃から約５００℃）で数分間、真空下で加熱されてバインダ／滑剤が追い出される。また、バインダ／滑剤の除去を助けるために、Ｂｉｓｈｏｐほかに付与された米国特許第６，１９７，２５２号に開示されるように、ペレットを溶液（例えば、水性溶液）で洗浄することができ、全ての開示内容は引用によって本明細書に組み込まれている。前述のように、本発明のチャンネルは、この溶液、換言すればカーボンをアノード本体から除去するレベルを高めるのを助ける毛細管圧力を生じることができる。
【００２３】
形成されると、アノード本体は、次に焼結することができる。焼結温度、雰囲気、及び時間は、アノードの種類、アノードのサイズ等の様々な要因に依存する場合がある。通常、焼結は、約８００℃から約１９００℃、特定の実施形態において約１０００℃から約１５００℃、及び特定の実施形態において約１１００℃から約１４００℃の温度で、約５分から約１００分、及び特定の実施形態において約３０分から約６０分の時間にわたって行われる。必要に応じ、焼結は、アノードへの酸素原子の移動を制限する雰囲気中で行うことができる。例えば、焼結は、真空、不活性ガス、水素等の還元性雰囲気中で行うことができる。還元性雰囲気は、約１０トルから約２０００トル、特定の実施形態において約１００トルから約１０００トル、及び特定の実施形態において約１００トルから９３０トルの圧力とすることができる。水素と他のガス（例えば、アルゴン又は窒素）との混合物を用いることもできる。アノード本体を形成するために高比電荷粉末が用いる場合、焼結は、アノードの物理的変形につながる、相当レベルの収縮を生じさせる場合が多い。この変形を最小にするために、焼結は、アノード本体が外部の表面（例えば、焼結トレイの表面）と物理的に接触しないような方法で行うことができる。例えば、アノードは、アノードリードを介してストリンガに結合する（例えば、溶接する）ことができ、これによりアノードはストリンガから吊るされる。従って、アノードを炉内で加熱する場合、アノードは物理的拘束なしに自由に収縮できる。
【００２４】
焼結により、本発明による縦方向チャンネルを含むアノード本体が形成される。図１−図３を参照すると、例えば、近位端３４と遠位端３６との間に位置する少なくとも１つの側壁２４を有する多孔質焼結体２２を含むアノード２０の１つの実施形態が示される。近位端３４及び／又は遠位端３６の断面形状は、アノード本体２２の所望の形状に基づいて一般的に様々とすることができる。例えば、特定の実施形態においては、アノード本体２２が略円筒形であるように両端３４及び３６は円形の断面形状を有する。他の適切な形状としては、例えば、正方形、矩形、三角形、六角形、八角形、七角形、五角形、台形、楕円形、星形、正弦曲線等を挙げることができる。
【００２５】
また、アノード本体２２は、端部３４と端部３６との間に定められる縦方向「ｚ」の長さ、並びに「ｘ」方向の幅及び「ｙ」方向の奥行を有する。図示の実施形態において、幅及び奥行は、各側壁２４の間に定められる。必須ではないが、通常、アノード本体２２の長さは、幅及び／又は奥行よりも大きい。例えば、所定の実施形態において、幅及び奥行に対する長さの比は、約１から約３０、特定の実施形態において、約１．１から約１０、及び特定の実施形態において、約１．５から約５とすることができる。アノード２０の長さは、例えば、約０．５から約１００ミリメートル、特定の実施形態において、約１から約６０ミリメートル、及び特定の実施形態において、約５から約３０ミリメートルの範囲とすることができる。アノード本体２２の幅は、約０．５から約５０ミリメートル、特定の実施形態において、約１から約４０ミリメートル、及び特定の実施形態において、約４から約３０ミリメートルの範囲とすることができる。同様に、アノード本体２２の奥行は、約０．５から約５０ミリメートル、特定の実施形態において、約１から約４０ミリメートル、及び特定の実施形態において、約４から約３０ミリメートルの範囲とすることができる。言うまでもなく、アノード本体が略円筒形の場合、幅及び奥行は同じになる。
【００２６】
特定のサイズ及び形状にかかわらず、アノード本体２２は側壁２４内に凹型に形成されたチャンネル２８を含む。チャンネル２８は、アノード本体２２の縦方向「ｚ」に長さを有しているという意味で「縦方向に延びて」いる。図１−図３のチャンネル２８は、縦方向に略平行であるが、このことは必須ではない。例えば、他の適切な実施形態は、アノード本体の縦方向に平行ではない、らせん状、渦巻き状等の形態にある、１つ又はそれ以上の縦方向に延びるチャンネルを含むことができる。
【００２７】
この縦方向に延びるチャンネルの数は様々とすることができるが、通常１から２０、特定の実施形態において２から１５、及び特定の実施形態において４から１０である。複数のチャンネルを用いる場合、必須ではないが、アノードの縦方向中心軸の周りに対称かつ等距離に分布することが望ましい。例えば、図１−３において、図示のアノード本体２２は、５つの分離したチャンネル２８を含む。他方で、図４は、６つの分離したチャンネル２２８が用いられている代替の実施形態を示す。しかしながら、これら特定実施形態の各々において、チャンネルは、アノード本体の縦方向中心「Ｃ」の周りに概ね対称に分布する。
【００２８】
前述のように、チャンネル２８の少なくとも一部分は、比較的高いアスペクト比（長さを幅で除した値）を有する。チャンネル２８の長さ「Ｌ1」（図２）は、例えば、約０．５から約１００ミリメートル、特定の実施形態において約１から約６０ミリメートル、及び特定の実施形態において約５から約３０ミリメートルの範囲とすることができる。チャンネル２８の幅「Ｗ1」（図２及び図３）は、同様に約０．０１から約２０ミリメートル、特定の実施形態において約０．０２から約１５ミリメートル、及び特定の実施形態において約０．１から約２ミリメートルの範囲とすることができる。
【００２９】
図１−３に示したチャンネル２８は、アノード本体２２の全長に沿って縦方向（Ｌ）に延び、近位端３４及び遠位端３６と交差する。しかしながら、１つ又はそれ以上のチャンネルは、それによってそれらがアノード本体の１つの端部のみと交差するように、又は何れの端部とも交差しないようにアノード本体長の一部のみに沿って延び得ることを理解されたい。例えば、図６を参照すれば、側壁２４内に凹型に形成されるが、アノード３２０の近位端３４又は遠位端３６と交差しない複数の縦方向に延びるチャンネル３２８を含むアノード３２０が示される。しかしながら、一般的には、縦方向でのチャンネルの長さに対するアノード本体の長さの比は約０．２から１、特定の実施形態において約０．５から１、及び特定の実施形態において約０．８から１である。また、チャンネルの幅に対するアノード本体の幅（例えば直径）の比は、約１から約１００、特定の実施形態において約２から約４０、及び特定の実施形態において約５から約３０の範囲内とすることができる。図１−３に示す実施形態において、チャンネル２８の断面幅は実質的に一定で略矩形の形状である。他の形状を用いることもでき、チャンネルの幅及び／又は形状は、必要に応じチャンネルの長さに沿って様々にできることを理解されたい。
【００３０】
チャンネルがアノード本体内に凹型に形成されるレベルは、大きな表面とアノード構造の完全性とのバランスを得るために選択的に制御することができる。すなわち、チャンネルの深さが大きすぎると、アノードを物理的に強い構造に加圧成形できない場合がある。同様に、深さが浅すぎると、所望の利点が得られない場合がある。従って、チャンネルは、アノード本体の厚さ方向と同じ所定の方向に、多くの実施形態において約２％から約６０％、特定の実施形態において約５％から約５０％、及び特定の実施形態において約１０％から約４５％の深さだけ延びるように凹型に形成される。再び図３を参照すれば、例えば、チャンネル２８のうちの１つが「Ｔ」方向に延びるように示される。この実施形態において、「Ｔ」方向でのチャンネル２８の長さを「Ｔ」方向での多孔質アノード２２の厚さで除して１００を乗じたものが前述のパーセンテージの範囲内にある。
【００３１】
言うまでもなく、チャンネルの各々の深さは同じである必要はない。図４を参照すれば、例えば、第１のチャンネル２２８と第２のチャンネル２２９とを含むアノード２２０の１つの実施形態が示される。この特定の実施形態において、第１のチャンネル２２８は、第２のチャンネル２２９よりも深くアノード内に延びる。第１のチャンネル２２８のうちの１つは、「Ｔ1」方向にアノード本体の同じ方向の厚さの、例えば、約１５％から約６０％、特定の実施形態において約２０％から約５０％、及び特定の実施形態において約２５％から約４５％の深さに延びることができる。同様に、第２のチャンネル２２９のうちの１つは、「Ｔ2」方向にアノード本体の同じ方向の厚さの、例えば約２％から約４０％、特定の実施形態において約５％から約３５％、及び特定の実施形態において約１０％から約２５％の深さに延びることができる。この構成は、より深いチャンネルの利点（例えば、大きな表面積）をより浅いチャンネルの利点（例えば、優れた物理的完全性）に効果的に組み合わせることができる。本実施形態において、深いチャンネルの数は、１から１０、特定の実施形態において２から６、及び特定の実施形態において２から４とすることができ、浅いチャンネルの数は、同様に１から１０、特定の実施形態において２から６、及び特定の実施形態において２から４とすることができる。
【００３２】
典型的には、本発明のアノードは、結果として得られたキャパシタの終端にアノードを接続するのに役立つアノードリード線を含む。リード線は、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ハフニウム、チタン等の、並びにそれらの酸化物及び／又は窒化物等の導電性材料で形成することができる。必須ではないが、多くの場合、リード線は、チャンネルと同じ縦方向に延びることが望ましい。例えば、図１−３の実施形態において、アノードリード線３０は、アノード本体２２の近位端３４から縦「ｚ」方向に延びる。アノード２０との電気的接触は、抵抗溶接又はレーザ溶接を使用したリード線３０の接続等の種々の方法によって得ることができる。代替的に、リード線３０は、アノード本体内にその形成時に（例えば、焼結の前に）埋め込むことができる。
【００３３】
前述のように、チャンネルを含む多孔質アノード本体は、誘電体がアノード本体を覆う及び／又はその内部に形成されるように、アノード酸化することができる。例えば、タンタル（Ｔａ）アノード本体は、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）にアノード酸化することができる。通常、アノード酸化は、例えば、アノードを電解質内に浸漬するなどしてアノードに溶液を最初に塗布することによって行われる。水（例えば、脱イオン水）等の溶媒が一般的に用いられる。イオン伝導性を高めるために、溶媒中で解離してイオンを生成することができる化合物を用いることができる。そのような化合物の例としては、電解質に関して以下に記述されるような酸を挙げることができる。例えば、酸（例えば、リン酸）が、アノード酸化用溶液の約０．０１重量％から約５重量％、特定の実施形態において約０．０５重量％から約０．８重量％を占めることができる。必要に応じ、酸の混合物を用いることができる。
【００３４】
アノード酸化用溶液を通って電流が流れて誘電体層が形成される。化成電圧の値は、誘電体の厚さを管理する。例えば、電源は、最初に必要な電圧に到達するまで定電流モードに設定できる。その後、電源は、定電圧モードに切り換えることができ、所望の誘電体厚さがアノードの表面を覆って確実に形成される。言うまでもなく、パルス式又はステップ式の定電圧方式等の他の公知の方式を使用できる。アノード酸化が行われる電圧は、通常約４から約２００Ｖ、特定の実施形態において約９から約２００ボルト、及び特定の実施形態において約２０から約１５０Ｖの範囲にある。酸化時に、アノード酸化用溶液は、約３０℃以上、特定の実施形態において約４０℃から約２００℃、及び特定の実施形態において約５０℃から約１００℃等の高い温度に維持できる。アノード酸化は、室温又はそれ以下で行うこともできる。結果として得られる誘電体層は、アノード表面上及びその細孔内部に形成できる。
【００３５】
II．作用電解質
作用電解質は、アノード内部に含浸することができるか、又は製造の後期でキャパシタに加えることができる液体である。電解質は、アノードとカソードとの間の接続経路を提供する材料である。種々の適切な電解質はＥｖａｎｓほかに付与された米国特許第５，３６９，５４７号及び米国特許第６，５９４，１４０号に開示され、その全ての開示内容は引用により本明細書に組み込まれている。一般に、電解質は、任意の公知の導電率計（例えば、Ｏａｋｔｏｎ  Ｃｏｎシリーズ１１）を使用して２５℃で測定した、約０．５から約１００ミリジーメンス／センチメートル（「ｍＳ／ｃｍ」）、特定の実施形態において約１から約８０ｍＳ／ｃｍ、特定の実施形態において約５ｍＳ／ｃｍから約６０ｍＳ／ｃｍ、及び特定の実施形態において約１０から約４０ｍＳ／ｃｍのイオン伝導率を有する、イオン伝導性である。上記の範囲内では、電解質のイオン伝導率により、電場は、著しい電荷分離をもたらすのに十分な長さ（Ｄｅｂｙｅ長さ）にまで電解質中に拡がることができると考えられる。これにより、誘電体のポテンシャルエネルギーを電解質に拡張するので、結果として得られたキャパシタは、誘電体の厚さによって予測されるよりも多くのポテンシャルエネルギーを蓄積することができる。換言すれば、キャパシタは、誘電体の化成電圧を超える電圧に充電することができる。キャパシタに充電できる電圧の化成電圧に対する比は、例えば、約１．０から２．０、特定の実施形態において約１．１から約１．８、及び特定の実施形態において約１．２から約１．６とすることができる。キャパシタが充電される電圧は、約２００から約３５０Ｖ、特定の実施形態において約２２０から約３２０Ｖ、及び特定の実施形態において約２５０から約３００Ｖとすることができる。
【００３６】
液体電解質は、溶液（例えば、水性又は非水性）、分散液、ゲル等の概して液体の形態である。例えば、電解質は、酸（例えば、硫酸、リン酸、又は硝酸）、塩基（例えば、水酸化カリウム）、又は塩（例えば、硝酸塩等のアンモニウム塩）、並びに有機溶媒に溶解した塩（例えば、グリコールベース溶液に溶解したアンモニウム塩）等の当業者に公知の他の適切な電解質とすることができる。様々な他の電解質は、Ｅｖａｎｓほかに付与された米国特許第５，３６９，５４７号及び米国特許第６，５９４，１４０号に開示され、全ての開示内容は引用によって本明細書に組み込まれている。
【００３７】
所望のイオン伝導率は、所定の濃度範囲内のイオン性化合物（例えば、酸、塩基、塩、など）の選択によって得ることができる。１つの特定の実施形態では、弱有機酸の塩が、電解質の所望の導電率の実現において有効である。塩のカチオンとしては、アルカリ金属（例えば、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+又はＣｓ+）、アルカリ土金属（例えば、Ｂｅ2+、Ｍｇ2+、Ｃａ2+、Ｓｒ2+又はＢａ2+）、遷移金属（例えば、Ａｇ+、Ｆｅ2+、Ｆｅ3+、など）等の単原子カチオン並びにＮＨ４+等の多原子カチオンを挙げることができる。一価のアンモニウム（ＮＨ４+）、ナトリウム（Ｋ+）及びリチウム（Ｌｉ+）は、本発明で用いる特に適切なカチオンである。塩のアニオンを形成する有機酸は、通常、約０から約１１、特定の実施形態において約１から約１０、及び特定の実施形態において約２から約１０の２５℃で測定された解離定数（ｐＫa1）を有するという意味で「弱酸」である。本発明では、アクリル酸、メタクリル酸、マロン酸、コハク酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、オレイン酸、没食子酸、酒石酸（例えば、デキストロ酒石酸、メゾ酒石酸等）、クエン酸、ギ酸、酢酸、グリコール酸、シュウ酸、プロピオン酸、フタール酸、イソフタール酸、グルタール酸、グルコン酸、乳酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、イタコン酸、トリフルオロ酢酸、バルビツール酸、ケイ皮酸、安息香酸、４‐ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸等のカルボン酸のような任意の適切な弱有機酸を使用することができる。アジピン酸（ｐＫa1＝４．４３及びｐＫa2＝５．４１）、α−酒石酸（ｐＫa1＝２．９８及びｐＫa2＝４．３４）、メゾ酒石酸（ｐＫa1＝３．２２及びｐＫa2＝４．８２）、シュウ酸（ｐＫa1＝１．２３及びｐＫa2＝４．１９）、乳酸（ｐＫa1＝３．１３、ｐＫa2＝４．７６及びｐＫa3＝６．４０）等のポリプロトン酸（例えば、ジプロトン酸、トリプロトン酸等）が当該塩を形成するために特に望ましい。
【００３８】
使用する特定の塩、電解質に使用される溶媒中の溶解度及び他の成分の存在に応じて、実際の量は様々とすることができるが、この弱有機酸塩は、通常、約０．１から約２５重量％、特定の実施形態において約０．２から約２０重量％、特定の実施形態において約０．３から約２０重量％、及び特定の実施形態において約０．５から約５重量％の量で電解質中に存在する。
【００３９】
電解質は、水（例えば、脱イオン水）等の水性溶媒を含有しているという意味では通常水性である。水（例えば、脱イオン水）は、例えば、電解質の約２０重量％から約９５重量％、特定の実施形態において約３０重量％から約９０重量％、及び特定の実施形態において約４０重量％から約８５重量％を占めることができる。また、二次溶媒は、溶媒マトリックスを形成するために用いることができる。適切な二次溶媒としては、例えば、グリコール（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、エトキシジグリコール、ジプロピレングリコール等）；グリコールエーテル（例えば、メチルグリコールエーテル、エチルグリコールエーテル、イソプロピルグリコールエーテル等）；アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノール、及びブタノール）；ケトン（例えば、アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトン）；エステル（例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ジエチレングリコールエーテル、酢酸メトキシプロピル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等）；アミド（例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルカプリリック／カプリック脂肪酸アミド及びＮ−アルキルピロリドン）；スルホキシド又はスルホン（例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及びスルホラン）；等を挙げることができる。この溶媒マトリックスは、通常、約４０重量％から約８０重量％、特定の実施形態において約５０重量％から約７５重量％、及び特定の実施形態において約５５重量％から約７０重量％の量の水と、約２０重量％から約６０重量％、特定の実施形態において約２５重量％から約５０重量％、及び特定の実施形態において約３０重量％から約４５重量％の量の二次溶媒を含有する。二次溶媒は、例えば、電解質の約５重量％から約４５重量％、特定の実施形態において約１０重量％から約４０重量％、及び特定の実施形態において約１５重量％から約３５重量％を占めることができる。
【００４０】
必要に応じ、電解質は比較的中性とすることができ、約４．５から約７．０、特定の実施形態において約５．０から約６．５、及び特定の実施形態において約５．５から約６．０のｐＨを有する。所望のｐＨの実現を助けるために、１つ又はそれ以上のｐＨ調整剤（例えば、酸、塩基等）を用いることができる。１つの実施形態において、所望の範囲にｐＨを低下させるために酸を使用することができる。適切な酸としては、例えば、前述のような有機酸；塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、ホウ酸、ボロン酸等の無機酸；及びそれらの混合物が挙げられる。ｐＨ調整剤の全濃度は様々とすることができるが、通常、電解質の約０．０１重量％から約１０重量％、特定の実施形態において約０．０５重量％から約５重量％、及び特定の実施形態において約０．１重量％から約２重量％の量で存在する。
【００４１】
また、電解質は、キャパシタの電気的性能を向上させるのに役立つ他の成分を含有することができる。例えば、キャパシタを膨張させて最終的に破損させる可能性のある電解キャパシタのカソードでの水素ガスの発生を防止するために、減極剤を用いることができる。減極剤を用いる場合、通常、電解質の約１から約５００パーツ・パー・ミリオン（「ｐｐｍ」）、特定の実施形態において約１０から約２００ｐｐｍ、及び特定の実施形態において約２０から約１５０ｐｐｍを占める。適切な減極剤としては、２−ニトロフェノール、３−ニトロフェノール、４−ニトロフェノール、２−ニトロベンゾニック酸、３−ニトロベンゾニック酸、４−ニトロベンゾニック酸、２−ニトロアセトフェノン、３−ニトロアセトフェノン、４−ニトロアセトフェノン、２−ニトロアニソール、３−ニトロアニソール、４−ニトロアニソール、２−ニトロベンツアルデヒド、３−ニトロベンツアルデヒド、４−ニトロベンツアルデヒド、２−ニトロベンジルアルコール、３−ニトロベンジルアルコール、４−ニトロベンジルアルコール、２−ニトロフタール酸、３−ニトロフタール酸、４−ニトロフタール酸等のニトロ芳香族化合物を挙げることができる。本発明に使用する特に適切なニトロ芳香族減極剤は、１つ又はそれ以上のアルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル等）で置換したニトロ安息香酸、それらの無水物又は塩である。このアルキル置換ニトロ安息香酸化合物の特定の例としては、例えば、２−メチル−３−ニトロ安息香酸；２−メチル−６−ニトロ安息香酸；３−メチル−４−ニトロ安息香酸；３−メチル−４−ニトロ安息香酸；３−メチル−６−ニトロ安息香酸；４−メチル−３−ニトロ安息香酸；それらの無水物又は塩；などが挙げられる。
【００４２】
III．カソード
カソードは、電気化学活物質で随意的にコーティングされた基材で形成することができる。基材としては、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、鋼（例えば、ステンレス）等の金属、それらの合金（例えば、導電性酸化物）、それらの複合材（例えば、導電性酸化物でコーティングされた金属）等を挙げることができる。チタン及びタンタル、並びにそれらの合金は、本発明での使用のために特に適切である。基材の幾何学的形態は、当業者に公知のコンテナ、缶、ホイル、シート、スクリーン、メッシュ等の様々な形態とすることができる。
【００４３】
基材は、表面積を増大させ、表面に電気化学活物質が付着するレベルを高めるために粗面化することができる。例えば、１つの実施形態において、腐食性物質（例えば、塩酸）の溶液の表面への塗布等で、表面が化学的にエッチングされる。また、表面は、電気分解を受けるように腐食性物質の溶液へ電圧を印加すること等で、電気化学的にエッチングすることができる。電圧は、基材の表面で「スパーク」を開始するのに十分高いレベルに高めることができ、これは基材をエッチング除去するのに十分高い局所表面温度を生じさせると考えられる。この手法は、Ｄｒｅｉｓｓｉｇほかの米国特許出願公開第２０１０／０１４２１２４号に詳細に説明されており、全ての開示内容は引用によって本明細書に組み込まれている。また、化学的又は電気化学的粗面化に加えて機械的粗面化を用いることができる。例えば、１つの実施形態において、金属基材の表面は、研磨媒体（例えば砂）の流れをその表面の少なくとも一部分に向けて噴射することによって、研磨ブラストすることができる。
【００４４】
電気化学活物質は、腐食を阻止し、電圧が上昇したときの熱障壁としても機能するようにカソード基材に付加することができる。様々な公知の電気化学活物質を一般的に使用することができる。１つの適切な材料は、導電性ポリマーコーティングである。導電性ポリマーコーティングは、１つ又はそれ以上の層で形成することができる。この層に用いられる材料は様々とすることができる。例えば、１つの実施形態において、この材料は、π共役であり、酸化の後に少なくとも１μＳｃｍ-1の導電率等の、酸化又は還元の後に導電率を有する導電性ポリマーを含む。このπ共役導電性ポリマーの例としては、例えば、ポリヘテロ環（例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等）、ポリアセチレン、ポリ‐ｐ‐フェニレン、ポリフェノラート等を挙げることができる。
【００４５】
置換ポリチオフェンは、本発明での電気化学活物質として使用するのに特に適切である。理論によって制限されることを意図しないが、キャパシタを高電圧で（例えば、化成電圧よりも高い）充電すると、電解質のイオンをこの置換ポリチオフェンを含むコーティング内に押し込むと考えられる。これにより、導電性ポリマーは「膨張して（ｓｗｅｌｌ）」、表面の近傍にイオンを保持するので、電荷密度が高くなる。また、このポリマーは一般的にアモルファスで非晶質なので、高電圧に伴う熱を放散及び／又は吸収することができる。放電すると、置換ポリチオフェンは「弛緩して（ｒｅｌａｘ）」、電解質中のイオンをコーティングから外に移動できるようにする。この膨張及び弛緩のメカニズムによって、金属基材近傍の電荷密度を、電解質の化学反応なしに高めることができる。従って、機械的堅牢性及び良好な電気的性能を、活性炭又は金属酸化物（例えば、酸化ルテニウム）で作ったような、従来型の導電性コーティングなしで提供することができる。実際には、金属基材上の主原料としてこのコーティングを用いて優れた結果を得ることができる。すなわち、このコーティングは、金属基材上に存在する材料の少なくとも約９０重量％、特定の実施形態において少なくとも９２重量％、及び特定の実施形態において少なくとも約９５重量％を占めることができる。しかし、他の導電性コーティングを本発明の特定の実施形態で使用できることを理解されたい。
【００４６】
１つの特定の実施形態において、置換ポリチオフェンは次の一般構造を有し：
2013131761.tif 000003
式中、
ＴはＯ又はＳであり；
Ｄは、随意的に置換されたＣ1からＣ5アルキレン基（例えば、メチレン、エチレン、ｎ‐プロピレン、ｎ‐ブチレン、ｎ‐ペンチレン等）であり；
Ｒ7は、直鎖又は分岐の、随意的に置換されたＣ1からＣ18のアルキル基（例えば、メチル、エチル、ｎ‐又はｉｓｏ‐プロピル、ｎ‐，ｉｓｏ‐，ｓｅｃ‐又はｔｅｒｔ‐ブチル、ｎ‐ペンチル、１‐メチルブチル、２‐メチルブチル、３‐メチルブチル、１‐エチルプロピル、１，１‐ジメチルプロピル、１，２‐ジメチルプロピル、２，２‐ジメチルプロピル、ｎ‐ヘキシル、ｎ‐ヘプチル、ｎ‐オクチル、２‐エチルヘキシル、ｎ‐ノニル、ｎ‐デシル、ｎ‐ウンデシル、ｎ‐ドデシル、ｎ‐トリデシル、ｎ‐テトラデシル、ｎ‐ヘキサデシル、ｎ‐オクタデシル等）；随意的に置換されたＣ5からＣ12のシクロアルキル基（例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、など）；随意的に置換されたＣ6からＣ14のアリール基（例えば、フェニル、ナフチル等）；随意的に置換されたＣ7からＣ18のアラルキル基（例えば、ベンジル、ｏ‐，ｍ‐，ｐ‐トリル，２，３‐，２，４‐，２，５‐，２，６‐，３，４‐，３，５‐キシリル、メシチル等）；随意的に置換されたＣ1からＣ4のヒドロキシアルキル基、又はヒドロキシル基であり；及び
ｑは、０から８、特定の実施形態において０から２の整数であり、及び特定の実施形態において０であり；及び
ｎは、２から５，０００、特定の実施形態において４から２，０００、及び特定の実施形態において５から１，０００である。ラジカル「Ｄ」又は「Ｒ7」のための置換基の例としては、例えば、アルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルコキシ、ハロゲン、エーテル、チオエーテル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルホナート、アミノ、アルデヒド、ケト、カルボン酸エステル、カルボン酸、カーボナート、カルボキシラート、シアノ、アルキルシラン及びアルコキシシラン基、カルボキシアミド基、などが挙げられる。
【００４７】
特に適切なチオフェンポリマーは、「Ｄ」が随意的に置換されたＣ2からＣ3のアルキレン基のものである。例えば、ポリマーは、随意的に置換されたポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）であり、これは次の一般構造を有する：
2013131761.tif 000004
【００４８】
上述のような導電性ポリマーを形成する方法は、本技術分野において公知である。例えば、本明細書に全ての開示内容は参照によって組込まれている、Ｍｅｒｋｅｒほかに付与された米国特許第６，９８７，６６３号は、モノマー前駆体から置換ポリチオフェンを形成する様々な手法を開示する。モノマー前駆体は、例えば、次の構造を有し：
2013131761.tif 000005
式中、
Ｔ、Ｄ、Ｒ7、及びｑは、上記に定義されている。特に適切なチオフェンモノマーは、「Ｄ」が、随意的に置換されたＣ2からＣ3アルキレン基のものである。例えば、次の一般構造を有する、随意的に置換された３，４‐アルキレンジオキシチオフェンを使用することができ：
2013131761.tif 000006
式中、Ｒ7、及びｑは、上記に定義されている。１つの特定の実施形態において、「ｑ」は０である。３，４‐エチレンジオキシチオフェンの市販の適切な実施例は、Ｈｅｒａｅｕｓ  Ｃｌｅｖｉｏｓから、Ｃｌｅｖｉｏｓ（商標）Ｍの名称で入手可能である。他の適切なモノマーは、本明細書に全ての開示内容は参照によって組込まれている、Ｂｌｏｈｍほかに付与された米国特許第５，１１１，３２７号及びＧｒｏｅｎｅｄａａｌほかに付与された米国特許第６，６３５，７２９号にも開示される。これらのモノマーの誘導体を使用することもでき、上記のモノマーの二量体又は三量体である。より高分子の誘導体、すなわちモノマーの四量体、五量体等は、本発明での使用に適切である。この誘導体は、同一の又は異なるモノマー単位から成っており、純粋形態、及び互いの混合物及び／又はモノマーとの混合物で使用できる。また、これらの前駆体の酸化型又は還元型を用いることができる。
【００４９】
チオフェンモノマーは、酸化触媒の存在下で化学重合することができる。酸化触媒としては、鉄（III）、銅（II）、クロム（VI）、セリウム（IV）、マンガン（IV）、マンガン（VII）、ルテニウム（III）カチオン等の遷移金属カチオンが典型的に挙げられる。また、導電性ポリマーに過剰の電荷を提供してポリマーの導電率を安定化するためにドーパントを使用することができる。ドーパントとしては、スルホン酸のイオン等の、無機又は有機アニオンが典型的に挙げられる。特定の実施形態において、前駆体溶液中に使用される酸化触媒は、それがカチオン（例えば、遷移金属）とアニオン（例えば、スルホン酸）とを含むという理由で、触媒機能とドープ機能との双方を有する。例えば、酸化触媒は、ハロゲン化鉄（III）（例えば、ＦｅＣｌ3）又はＦｅ（ＣｌＯ4）又はＦｅ2（ＳＯ4）3等の他の無機酸の鉄（III）塩、及び有機酸及び有機基を備える無機酸の鉄（III）塩等の、鉄（III）カチオンを含む遷移金属塩とすることができる。有機基を有する無機酸の鉄（III）塩の例としては、例えば、Ｃ1からＣ20アルカノールの硫酸モノエステルの鉄（III）塩（例えば、ラウリルスルファートの鉄（III）塩）が挙げられる。同様に、有機酸の鉄（III）塩としては、例えば、Ｃ1からＣ20アルカンスルホン酸（例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、又はドデカンスルホン酸）の鉄（III）塩；脂肪族ペルフルオロスルホン酸（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、又はペルフルオロオクタンスルホン酸）の鉄（III）塩；脂肪族Ｃ1からＣ20カルボン酸（例えば、２‐エチルヘキシルカルボン酸）の鉄（III）塩；ペルフルオロカルボン酸（例えば、トリフルオロ酢酸又はペルフルオロオクタン酸）の鉄（III）塩；Ｃ1からＣ20アルキル基板によって随意的に置換された芳香族スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、ｏ‐トルエンスルホン酸、ｐ‐トルエンスルホン酸、又はドデシルベンゼンスルホン酸）の鉄（III）塩；シクロアルカンスルホン酸（例えば、ショウノウスルホン酸）の鉄（III）塩；等が挙げられる。また、上記の鉄（III）塩の混合物を使用することができる。ｐ‐トルエンスルホン酸鉄（III）、ｏ‐トルエンスルホン酸鉄（III）、及びそれらの混合物が特に適切である。１つの市販の適切な例は、Ｈｅｒａｅｕｓ  ＣｌｅｖｉｏｓからＣｌｅｖｉｏｓ（商標）Ｃの名称で入手できるｐ‐トルエンスルホン酸鉄（III）である。
【００５０】
導電性コーティングを形成するために様々な方法を利用できる。１つの実施形態において、酸化触媒及びモノマーは、順次又は同時に施工され、基材上のその場で重合反応が発生する。導電性コーティングを形成するために使用できる適切な施用方法としては、スクリーン印刷、浸漬、電着コーティング、及び吹付けを挙げることができる。例えば、モノマーは最初に酸化触媒と混合することができ、前駆体溶液が形成される。混合物が形成されると、混合物はパーツに施工されて重合させることができるので、表面上に導電性コーティングが形成される。代替的に、酸化触媒及びモノマーは、順次的に施工することができる。例えば、１つの実施形態において、酸化触媒は有機溶媒（例えば、ブタノール）に溶解され、次に浸漬溶液として施工される。このパーツは、次に乾燥することができ、パーツから溶媒が除去される。その後、基材は、モノマーを含有する溶液中に浸漬することができる。
【００５１】
重合は、通常、使用される酸化剤及び所望の反応時間に基づいて、約−１０℃から約２５０℃、及び特定の実施形態においては約０℃から約２００℃の温度で行われる。上述したような適切な重合方法は、Ｂｉｌｅｒに付与された米国特許第７，５１５，３９６号に詳細に開示される。この導電性コーティングを施工する更に他の方法は、Ｓａｋａｔａほかに付与された米国特許第５，４５７，８６２号、Ｓａｋａｔａほかに付与された第５，４７３，５０３号、Ｓａｋａｔａほかに付与された第５，７２９，４２８号、及びＫｕｄｏｈほかに付与された第５，８１２，３６７号に開示され、これらの全ての開示内容は引用によって本明細書に組み込まれている。
【００５２】
その場の施工によって形成されるコーティングに加えて、導電性ポリマー粒子の分散液の形態にある導電性コーティングを使用することもできる。粒子サイズは様々とすることができるが、通常、基材に付着するために使用できる表面積を増やすために、粒子が小さい直径を有することが望ましい。例えば、粒子は、約１から約５００ナノメートル、特定の実施形態においては約５から約４００ナノメートル、及び特定の実施形態においては約１０から約３００ナノメートルの平均直径を有することができる。粒子のＤ90値（Ｄ90値又はそれ未満の直径を有する粒子が、全ての固体粒子の合計容積の９０％を占める）は、約１５マイクロメートル以下、特定の実施形態において約１０マイクロメートル以下、及び特定の実施形態において約１ナノメートルから約８マイクロメートルとすることができる。粒子の直径は、超遠心、レーザ回折等の公知の方法を用いて測定できる。
【００５３】
導電性ポリマーを微粒子形態へ形成しることは、置換ポリチオフェンによって担持された陽電荷を打ち消す別個の対イオンを使用することで促進される。場合によっては、ポリマーは、構造単位内に陽電荷及び陰電荷を有し、陽電荷は主鎖上に位置し、陰電荷は随意的にスルホナート基又はカルボキシラート基等の化学基「Ｒ」の置換基上に位置する。主鎖の陽電荷は、化学基「Ｒ」上に随意的に存在するアニオン基によって部分的又は全体的に飽和状態にすることができる。全体的にみると、ポリチオフェンは、これらの場合において、カチオン性、中性、又はアニオン性とすることもできる。それにもかかわらず、ポリチオフェン主鎖が陽電荷を有しているので、これらは全てカチオン性ポリチオフェンとみなされる。
【００５４】
対イオンは、モノマーアニオン又はポリマーアニオンとすることができる。ポリマーアニオンは、例えば、ポリマーカルボン酸（例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸等）；ポリマースルホン酸（例えば、ポリスチレンスルホン酸（「ＰＳＳ」）、ポリビニルスルホン酸等）；とすることができる。この酸は、ビニルカルボン酸及びビニルスルホン酸と、アクリル酸エステル及びスチレン等の他の重合可能モノマーとのコポリマー等の、コポリマーとすることもできる。さらに、適切なモノマーアニオンとしては、例えば、Ｃ1からＣ20のアルカンスルホン酸（例えば、ドデカンスルホン酸）；脂肪族ペルフルオロスルホン酸（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、又はペルフルオロオクタンスルホン酸）；Ｃ1からＣ20の脂肪族カルボン酸（例えば、２‐エチルヘキシルカルボン酸）；脂肪族ペルフルオロカルボン酸（例えば、トリフルオロ酢酸、又はペルフルオロオクタン酸）；Ｃ1からＣ20のアルキル基によって任意選択的に置換された芳香族スルホン酸（例えば、ベンゼンスルホン酸、ｏ‐トルエンスルホン酸、ｐ‐トルエンスルホン酸、又はドデシルベンゼンスルホン酸）；シクロアルカンスルホン酸（例えば、ショウノウスルホン酸又はテトラフルオロボラート、ヘキサフルオロホスファート、ペルクロラート、ヘキサフルオロアンチモナート、ヘキサフルオロアルセナート又はヘキサクロロアンチモナート）；などのアニオンが挙げられる。特に適切な対イオンは、ポリマーカルボン酸又はポリマースルホン酸（例えば、ポリスチレンスルホン酸（「ＰＳＳ」））等のポリマーアニオンである。このポリマーアニオンの分子量は、通常、約１，０００から約２，０００，０００、及び特定の実施形態においては約２，０００から約５００，０００の範囲にある。
【００５５】
使用時、所定の層中のこの対イオンの置換ポリチオフェンに対する重量比は、通常、約０．５：１から約５０：１、特定の実施形態においては約１：１から約３０：１、及び特定の実施形態においては約２：１から約２０：１である。上記の重量比を参照する置換ポリチオフェンの重量は、重合の間に完全な転換が行われると仮定すると、使用するモノマーの部分量を基準とする。
【００５６】
分散液は、１つ又はそれ以上のバインダを含有することもでき、ポリマー層の付着特性が更に向上して、分散液内の粒子の安定性が高くなる。バインダは、本質的に有機体とすることができ、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ酪酸ビニル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリル酸アミド、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリル酸アミド、ポリアクリロニトリル、スチレン／アクリル酸エステル、酢酸ビニル／アクリル酸エステル及びエチレン／酢酸ビニルコポリマー、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、メラミン・ホルムアミドレジン、エポキシレジン、シリコーンレジン又はセルロース等である。バインダの付着能力を高めるために、架橋剤を使用することもできる。架橋剤としては、例えば、メラミン化合物と、３‐グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、テトラエトキシシラン及びテトラエトキシシラン加水分解物等のマスクドイソシアナート又は官能性シラン、又はポリウレタン、ポリアクリラート又はポリオレフィン等の架橋性ポリマーと、これに続く架橋結合を含むことができる。また、本技術分野で公知のように、分散剤（例えば、水）、界面活性物質等の他の成分を分散液中に含むことができる。
【００５７】
必要に応じ、上述の施工ステップの１つ又はそれ以上は、コーティングの所望の厚さが得られるまで反復することができる。特定の実施形態において、コーティングの比較的薄い層のみが一度に形成される。一般に、コーティングの合計目標厚さは、キャパシタの所望の特性に基づいて様々とすることができる。結果として得られる導電性ポリマーコーティングは、通常、約０．２マイクロメートル（「μｍ」）から約５０μｍ、特定の実施形態において約０．５μｍから約２０μｍ、及び特定の実施形態において約１μｍから約５μｍの厚さを有する。コーティングの厚さは、基材上の全ての箇所で必ずしも同じでないことを理解されたい。それにもかかわらず、コーティングの平均厚さは、概ね前述の範囲に入る。
【００５８】
導電性ポリマーコーティングは、随意的に修復処理を行うことができる。修復処理は、導電性ポリマー層の各々の施工後、又は全体の導電性ポリマーコーティングの施工後に行うことができる。特定の実施形態において、導電性ポリマーは、電解質溶液中にパーツを浸漬し、その後、電流が予め設定したレベルに低下するまで一定電圧を印加することによって修復処理を行うことができる。必要に応じ、この修復処理は複数のステップで行うことができる。例えば、電解質溶液は、アルコール溶媒（例えば、エタノール）中のモノマー、触媒、及びドーパントの希薄溶液とすることができる。コーティングは、必要に応じて、その後、洗浄することもでき、様々な副生物、過剰試薬等が除去される。
【００５９】
構成要素がキャパシタに組み込む特定の方法は重要ではなく、様々な方法を利用して行うことができる。例えば、図５を参照すれば、図１−３のアノード２０とカソード４３と電気的に接触して配置された作用電解質４４を含む電解キャパシタ４０の１つの実施形態が示される。一般的に、カソード４３は、電気化学活物質４９で随意的にコーティングされた基材４１で形成できる。図示の実施形態において、基材４１は略円筒形状を有するケーシングを形成する。しかしながら、本発明では、長方形、三角形、角柱等の任意の幾何学形態を利用できることを理解されたい。ケーシングは、アノード及び電解質を覆う蓋を随意的に含むことができ、蓋はケーシングと同じか異なる材料で形成することができる。
【００６０】
また、液体シール２３（例えば、ガラス−金属）は、アノード２０をカソード４３に結合してシールするために用いることができる。アノード２０及びリード線３０を安定させてキャパシタ内部で所望の間隔を維持するのを助けるために電気絶縁ブッシング８９（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」））及び／又はサポート９１を使用することもできる。また、必要に応じ、アノードとカソードと直接の接触を防止して、電極への電解質４４のイオン電流の流れを可能とするために、カソード４３とアノード２０との間にセパレータ（図示せず）を配置することができる。この目的のために適切な材料の例としては、例えば、多孔質ポリマー材料（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート等）、多孔質無機材料（例えば、ガラス繊維マット、多孔質ガラスペーパー等）、イオン交換材料等が挙げられる。特定の実施例としては、イオン性ペルフルオロスルホン酸ポリマー膜（例えば、Ｅ．Ｉ．Ｄｕｐｏｎ  ｄｅ  Ｎｅｍｅｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ．が提供するＮａｆｉｏｎ（商標））、スルホン化フルオロカーボンポリマー膜、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）膜、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）膜が挙げられる。セパレータは、アノードとカソードとの間の直接の接触を防止するが、電極への電解質のイオン電流の流れを可能とする。一般に、キャパシタの体積効率を最適化するために、セパレータは比較的薄い厚さを有することが望ましい。例えば、セパレータの厚さは、使用時に、通常、約５から約２５０マイクロメートル、特定の実施形態において約１０から約１５０マイクロメートル、及び特定の実施形態において約１５から約１００マイクロメートルの範囲にある。
【００６１】
蓋又はケーシングは、一般的に中空でアノードリード線を収容するのに十分な寸法及び形状で、導電性チューブ５６が貫通して延びる内部オリフィスを備えることができる。導電性チューブ５６は、通常、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、鋼（例えばステンレス）、それらの合金（例えば、導電性酸化物）、それらの複合材（例えば、導電性酸化物でコーティングされた金属）等で形成される。組立及び密封（例えば、溶接）の間及び／又はその後に、注入口から電解質をケーシング内に導入することができる。充填は、注入口が電解質のリザーバ内に延びるようにしてキャパシタを真空チャンバ内に置くことによって行うことができる。チャンバが排気されると、キャパシタ内部での圧力が低下する。真空が解除されると、キャパシタ内部の圧力は再平衡化し、電解質は注入口からキャパシタ内に吸い込まれる。
【００６２】
本発明の電解キャパシタは、限定されるものではないが、植え込み型除細動器、ペースメーカー、心臓除細動器、神経刺激装置、薬剤投与装置等の医用デバイス；自動車用途；レーダシステム等の軍事用途；ラジオ、テレビ等の民生用電子機器；等を含む様々な用途に使用することができる。
【００６３】
本発明は、以下の実施例の参照によって更に良好に理解することができる。
試験手順
【００６４】
キャパシタンス（Ｃａｐ）：
キャパシタンスは、０ボルトＤＣのバイアス及び１．０ボルト・ピークトゥピークの正弦波信号で、Ｋｅｌｖｉｎ  Ｌｅａｄを備えたＫｅｉｔｈｌｅｙ  ３３３０  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ＬＣＺ  ｍｅｔｅｒを使用して「湿式測定」によって計測した。作動周波数は１２０Ｈｚ、温度は２３℃±２℃であった。キャパシタンスは、５Ｍ硫酸水溶液電解質中で計測し、第１のアノードをアノードとして設定し、第２のアノードをカソードとして設定した。計測値は、両アノードの平均キャパシタンスを得るために２を乗じた。
【００６５】
リップル電流：
リップル電流は、電源装置としてＧｏｌｄＳｔａｒ  ＧＰ  ５０５、信号発生器としてＭｅｔｅｘ、サーモカメラとしてＮｉｋｏｎ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｖｉｓｉｏｎ、及びオシロスコープとしてＦｌｕｋｅ  ８０ｉを使用して、２３℃±２℃の温度で計測した。作動周波数は、ＡＣ信号で１０ｋＨｚ及び３０ｋＨｚ、ＤＣバイアスは０ボルト、キャパシタに適切な値（０−４Ａの実効値）のリップル電流を流した。リップル電流の増大に伴って温度が上昇し、サーモカメラによって観測した。
【実施例１】
【００６６】
６．３２グラムのタンタル粉末（Ｃａｂｏｔ、１８，０００μＦ＊Ｖ／ｇ）を、０．５ｍｍの太さのタンタルリード線と共にトップ／ボトム・プレスマシン（ＤＯＲＳＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＴＰＡ１５）上で５．６ｇ／ｃｍ3の密度に加圧成形した。円筒形状のアノードは、アノード本体内に凹型に形成された５つの対称的に縦方向に延びるチャンネルを備えるように加圧成形した。次に、バインダ（ステアリン酸）を、８５℃の０．２％ｖ／ｖ水酸化ナトリウム中で１時間、８５℃の脱イオン水中で１時間、８５℃の０．０５％ｖ／ｖ硝酸中で一時間、及び最終的に８５℃の脱イオン水中で１時間という洗浄手順で除去した。次に、ペレットを、アルゴン雰囲気中で１８００℃の温度で４０分間焼結した。アノード酸化プロセスによって五酸化タンタルを生成するために、次に、ペレットは、７９００±１００ｍＳ／ｃｍの導電率及び３５±５℃の温度の薄いリン酸／水の溶液中に浸漬し、８０Ｖの電圧及び２０ｍＡ／ｇ以下の電流を印加し、脱イオン水で洗浄した。次に、アノードを標準的手順で組み立てて、湿式キャパシタ（すなわち、５Ｍ硫酸電解質、カソードとしてタンタルスリーブを有するタンタル缶）を得た。
【００６７】
［比較実施例１］
粉末重量（７．２８グラム）及び洗浄手順の多数回（３×）を除いては、実施例１に記載の方法でキャパシタを形成した。また、タンタル粉末を完全な円筒形状（チャンネルのない）に加圧成形した。複数のパーツを同様に作って、リップル電流に関して試験した。表１及び表２は、実施例１及び比較実施例によるキャパシタに関する１０ｋＨｚ又は３０ｋＨｚでのリップル電流計測時の温度出力をまとめたものである。結果は以下の通りである。
【００６８】
表１
2013131761.tif 000007
【００６９】
表２
2013131761.tif 000008
【００７０】
前記のように、実施例１は、寿命リップル電流試験において、主としてより高電流で改善が見られ（主として１０ｋＨｚでの４Ａ及び３０ｋＨｚでの３．５Ａで見られる）、形状が改善されたアノードによるキャパシタの優れた電流輸送を示している。
【実施例２】
【００７１】
６．４７グラムのタンタル粉末（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ、１００，０００μＦ＊Ｖ／ｇ）を、０．５ｍｍの太さのタンタルリード線と共にトップ／ボトム・プレスマシン（ＤＯＲＳＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＴＰＡ１５）上で６．４ｇ／ｃｍ3の密度に加圧成形した。円筒形状のアノードを、アノード本体内に凹型に形成された５つの対称的に縦方向に延びるチャンネルを備えるように加圧成形した。次に、バインダ（ステアリン酸）を、８５℃の０．２％ｖ／ｖ水酸化ナトリウム中で１時間、８５℃の脱イオン水中で１時間、８５℃の０．０５％ｖ／ｖ硝酸中で一時間、及び最終的に８５℃の脱イオン水中で１時間の洗浄手順で除去した。次に、ペレットを、アルゴン雰囲気中で１２２０℃の温度で１０分間焼結した。アノード酸化プロセスによって五酸化タンタルを生成するために、次に、ペレットを、７９００±１００ｍＳ／ｃｍの導電率及び３５±５℃の温度を有する薄いリン酸／水の溶液中に浸漬し、１５Ｖの電圧及び２０ｍＡ／ｇ以下の電流を印加して、脱イオン水で洗浄した。
【００７２】
［比較実施例２］
粉末重量（７．３７グラム）及び洗浄手順の多数回（３×）を除いて、実施例２に記載の方法でキャパシタを形成した。また、タンタル粉末は完全な円筒形状（チャンネルのない）に加圧成形した。複数のパーツ（１０）を同様に作り、キャパシタンス計測に関して試験した。
【実施例３】
【００７３】
６．４３グラムのタンタル粉末（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ、１５０，０００μＦ＊Ｖ／ｇ）を、０．５ｍｍの太さのタンタルリード線と共にトップ／ボトム・プレスマシン（ＤＯＲＳＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＴＰＡ１５）上で６．４ｇ／ｃｍ3の密度に加圧成形した。円筒形状のアノードを、アノード本体内に凹型に形成された５つの対称的に縦方向に延びるチャンネルを備えるように加圧成形した。次に、バインダ（ステアリン酸）を、８５℃の０．２％ｖ／ｖ水酸化ナトリウム中で１時間、８５℃の脱イオン水中で１時間、８５℃の０．０５％ｖ／ｖ硝酸中で一時間、且つ最終的に８５℃の脱イオン水中で１時間の洗浄手順で除去した。次に、ペレットを、アルゴン雰囲気中で１２７０℃の温度で１０分間焼結した。アノード酸化プロセスによって五酸化タンタルを生成するために、次に、ペレットを、７９００±１００ｍＳ／ｃｍの導電率及び３５±５℃の温度を有する薄いリン酸／水の溶液中に浸漬し、１５Ｖの電圧及び２０ｍＡ／ｇ以下の電流が印加し、脱イオン水で洗浄した。
【００７４】
［比較実施例３］
粉末重量（７．３３グラム）及び洗浄手順の多数回（３×）を除いては、実施例２に記載の方法でキャパシタを形成した。また、タンタル粉末を、完全な円筒形状（チャンネルのない）に加圧成形した。複数のパーツ（１０）を同様に作り、キャパシタンス計測に関して試験した。
【実施例４】
【００７５】
６．５２グラムのタンタル粉末（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ、２００，０００μＦ＊Ｖ／ｇ）を、０．５ｍｍの太さのタンタルリード線と共にトップ／ボトム・プレスマシン（ＤＯＲＳＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＴＰＡ１５）上で６．４ｇ／ｃｍ3の密度に加圧成形した。円筒形状のアノードは、アノード本体内に凹型に形成された５つの対称的に縦方向に延びるチャンネルを備えるように加圧成形した。次に、バインダ（ステアリン酸）を、８５℃の０．２％ｖ／ｖ水酸化ナトリウム中で１時間、８５℃の脱イオン水中で１時間、８５℃の０．０５％ｖ／ｖ硝酸中で一時間、且つ最終的に８５℃の脱イオン水中で１時間の洗浄手順で除去した。次に、ペレットは、アルゴン雰囲気中で１１００℃の温度で１００分間焼結した。アノード酸化プロセスによって五酸化タンタルを生成するために、次に、ペレットを、７９００±１００ｍＳ／ｃｍの導電率及び３５±５℃の温度を有する薄いリン酸／水の溶液中に浸漬し、１５Ｖの電圧及び２０ｍＡ／ｇ以下の電流を印加し、脱イオン水で洗浄した。
【００７６】
［比較実施例４］
粉末重量（７．３３グラム）及び洗浄手順の多数回（３×）を除いて、実施例２に記載の方法でキャパシタを形成した。また、タンタル粉末を完全な円筒形状（チャンネルのない）に加圧成形した。複数のパーツ（１０）を同様に作り、５Ｍ硫酸でのキャパシタンス計測に関して試験した。
【００７７】
表３及び表４は、実施例２−４及び比較実施例２−４の計測値に基づいたキャパシタンス中央値からのキャパシタンス効率をまとめたものである。
【００７８】
表３
2013131761.tif 000009
【００７９】
表４
2013131761.tif 000010
【００８０】
表３に示されるように、実施例２−４は、比較実施例２−４に比べてキャパシタンス効率が向上している（約２０％）。更に、表４は、同じ体積（及びケースサイズも同様）当たり１２％以上の粉末が節約されるにもかかわらず、実施例２−４と比較実施例２−４との間で体積効率が僅かに改善されていることを示す。
【００８１】
本発明のこれら及び他の修正及び変更は、本発明の意図及び範囲を逸脱することなく当業者によって実施することができる。更に、様々な実施形態の態様は、全部又は一部を互いに入れ替えることができることを理解されたい。更に、当業者であれば、前記の記載は例示的であり、請求項に記載の本発明を限定しないことを理解できるはずである。
【符号の説明】
【００８２】
２０  アノード
２２  焼結多孔質アノード本体
２３  液体シール
２４  側壁
２８  チャンネル
３０  アノードリード線
３４  近位端
３６  遠位端
４０  電解キャパシタ
４１  基材
４３  カソード
４４  電解質
４９  電気化学活物質
５６  導電性チューブ
８９  電気絶縁ブッシング
９１  サポート
２２８  第１のチャンネル
２２９  第２のチャンネル
３２０  アノード
３２８  チャンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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