Tantal-Elektrolytkondensator

Ein Tantal-Elektrolytkondensator, auch Tantal-Kondensator oder Tantal-Elko genannt, ist ein Elektrolytkondensator, dessen Anode (+) aus Tantal^[1] besteht, auf dem durch anodische Oxidation, auch „Formierung“ genannt, eine gleichmäßige, der Nennspannung angepasste äußerst dünne, elektrisch isolierende Oxidschicht erzeugt wird, die das Dielektrikum des Kondensators bildet. Ein meist fester Elektrolyt, der sich geometrisch der Oberflächenstruktur der Anode anpasst, bildet die Kathode (−) des Elektrolytkondensators.

Tantal-Elektrolytkondensatoren besitzen eine durch Sinterung von Tantalpulver zu einem Anodenblock sehr stark vergrößerte Anodenoberfläche zur Erhöhung der Kapazität. Zusammen mit der relativ hohen Permittivität des dielektrischen Tantalpentoxids sowie der Möglichkeit, die sehr dünne Oxidschicht der gewünschten Spannungsfestigkeit anzupassen, erreichen sie, verglichen mit Keramik-, Kunststoff-Folienkondensatoren und auch mit Aluminium-Elektrolytkondensatoren eine höhere spezifische Kapazität, die jedoch sehr viel geringer als die von Superkondensatoren ist.

Die meisten Tantal-Elektrolytkondensatoren werden in der SMD-Bauform mit einem festen Elektrolyten hergestellt, der entweder aus Mangandioxid oder aus einem leitfähigen Polymer besteht. Durch diese niederohmigen Elektrolyte besitzen sie sehr niedrige ESR-Werte, eine sehr geringe Temperaturabhängigkeit ihrer elektrischen Parameter und eine lange Lebensdauer. Durch die große spezifische Kapazität, den niedrigen ESR und die verfügbaren flachen SMD-Bauformen eignen sich Ta-Elkos besonders für Geräte in flacher Bauweise wie Laptops, Mobiltelefone, Digitalkameras und Flachbildschirme. Hier werden sie zum Entkoppeln von unerwünschten Frequenzen vom zweistelligen Hertz-Bereich bis hin zu einigen Megahertz, zur Glättung gleichgerichteter Spannungen in Schaltnetzteilen sowie zur Pufferung der Stromversorgung digitaler Schaltungen bei plötzlichem Strombedarf eingesetzt.

Axiale Tantal-Elektrolytkondensatoren mit flüssigem oder festem Elektrolyten in hermetisch-abgedichteten Gehäusen werden für industrielle Anwendungen mit hohen Anforderungen, für militärische und für Weltraumanwendungen benötigt.

Tantal-Elektrolytkondensatoren sind gepolte Bauelemente, die nur mit Gleichspannung betrieben werden dürfen. Eine evtl. überlagerte Wechselspannung darf keine Umpolung bewirken. Falschpolung, eine zu hohe Spannung oder Rippelstrom-Überlastung können das Dielektrikum und damit auch den Kondensator zerstören. Die Zerstörung kann katastrophale Folgen (Kurzschluss, Brand) nach sich ziehen. Tantal-Elkos sind außerdem empfindlich gegenüber schnellen Schaltflanken. Zum sicheren Betrieb von Tantal-Elkos werden deshalb von den Herstellern spezielle Regeln für die Schaltungsauslegung vorgeschrieben.^[2][3]

1. ↑ Tantal-Materialdaten periodictable.com
2. ↑ J.Gill, T. Zednicek: Voltage Derating Rules for Solid Tantalum and Niobium Capacitors. (PDF; 447 kB)
3. ↑ R. Faltus: Advanced capacitors ensure long-term control-circuit stability. 7/2/2012, EDT