アルミ電解コンデンサ

アルミニウム電解コンデンサは（通常）極性電解コンデンサで、陽極 電極（+）はエッチングされた表面を持つ純粋なアルミニウム箔で作られています。アルミニウムは陽極酸化によって非常に薄い酸化アルミニウムの絶縁層を形成し、これがコンデンサの誘電体として機能します。非固体電解質が酸化層の粗い表面を覆い、原則としてコンデンサの2番目の電極（陰極）（-）として機能します。「陰極箔」と呼ばれる2番目のアルミニウム箔は電解質に接触し、コンデンサの負極端子への電気接続として機能します。

アルミ電解コンデンサは、電解質の種類によって 3 つのサブファミリーに分類されます。

• 非固体（液体、湿式）アルミ電解コンデンサ、
• 固体二酸化マンガンアルミ電解コンデンサ、および
• 固体高分子アルミ電解コンデンサ。

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは最も安価なタイプで、サイズ、静電容量、電圧値の範囲が最も広いタイプでもあります。静電容量値は 0.1 μF から 2,700,000 μF (2.7 F) まで、^[1]定格電圧は 4 V から 630 V までの範囲で製造されています。 ^[2]液体電解質は、誘電体酸化物層の再形成または「自己修復」に必要な酸素を供給します。ただし、温度依存の乾燥プロセスによって蒸発する可能性があり、これにより電気パラメータが変動し、コンデンサの耐用年数が制限されます。

アルミ電解コンデンサは静電容量が比較的高いため、主電源周波数のような低い周波数でもインピーダンス値が低くなります。これらは通常、多くの電子機器の整流された直流電圧を平滑化およびバッファリングするための電源、スイッチング電源、DC-DCコンバータで使用されるほか、ドライブの直流リンクコンデンサ、太陽光発電用インバータ、風力発電所のコンバータとして産業用電源や周波数変換器にも使用されます。特殊なタイプは、フラッシュやストロボ用途などのエネルギー貯蔵や、オーディオ用途の 信号結合に使用されます。

アルミ電解コンデンサは、陽極酸化の原理により有極性コンデンサです。正しい極性でDC電圧を印加した場合にのみ動作します。コンデンサを間違った極性で動作させたり、 AC電圧で動作させたりした場合、ショートが発生し、コンポーネントが破損する可能性があります。例外は、バイポーラまたは無極性アルミ電解コンデンサです。これは、1 つのケースに 2 つのアノードが背中合わせに配置されている構成で、AC アプリケーションで安全に使用できます。

電解コンデンサは、以前は「バルブ金属」と呼ばれていたいくつかの特殊な金属の化学的特性を利用します。電解槽内の陽極材料に正電圧を印加すると、印加電圧に対応する厚さの絶縁酸化層が形成されます。この酸化層は、電解コンデンサの誘電体として機能します。この酸化アルミニウム層の特性と五酸化タンタル誘電体層との比較を次の表に示します。

粗い陽極構造上に誘電体酸化物を形成した後、対電極は粗い絶縁酸化物表面と一致する必要があります。これは、電解コンデンサの陰極電極として機能する電解質によって提供されます。電解質は、「非固体」（湿った液体）または「固体」です。非固体電解質は、移動するイオンによってイオン伝導性を持つ液体媒体であるため、電圧スパイクや電流サージに対して比較的鈍感です。固体電解質は電子伝導性を持つため、固体電解コンデンサは電圧スパイクや電流サージに対して敏感になります。

印加電圧の極性が変化すると、陽極で生成された絶縁酸化物層は破壊されます。

すべての電解コンデンサは、原理的に「プレートコンデンサ」を形成し、その静電容量は、電極面積 A と誘電率εが大きいほど、また誘電体の厚さ (d) が薄いほど大きくなります。

${\displaystyle C=\varepsilon \cdot {\frac {A}{d}}}$

静電容量は、1 つのプレートの面積と誘電率の積を誘電体の厚さで割った値に比例します。

電解コンデンサは、大きな面積と薄い誘電体の厚さによって大きな静電容量値を得ています。電解コンデンサの誘電体の厚さは非常に薄く、1ボルトあたりナノメートルの範囲ですが、これらの酸化層の電圧強度は非常に高いです。エッチングまたは焼結されたすべての陽極は、同じ面積の滑らかな表面と比較して、はるかに高い表面を持っています。これにより、アルミニウム電解コンデンサの静電容量値は最大200倍に増加します。^{[6] [7]}

• 非固体電解質を用いたアルミ電解コンデンサの基本構造
• 
  複数の接続された箔を持つコンデンサの開いた巻線
• 
  アルミ電解コンデンサの設計のクローズアップ断面。酸化層付きコンデンサ陽極箔、電解液に浸した紙スペーサー、陰極箔を示しています。
• 
  非固体電解質を使用した典型的なシングルエンドアルミ電解コンデンサの構造

非固体電解質を備えたアルミ電解コンデンサは、常に、液体またはゲル状の電解質で飽和されたスペーサー（通常は紙）によって機械的に分離された 2 枚のアルミ箔で構成されています。アルミ箔の 1 枚である陽極は、表面を増やすためにエッチング（粗面化）され、酸化（成形）されます。もう 1 枚のアルミ箔は「陰極箔」と呼ばれ、電解質との電気的接触に使用されます。紙のスペーサーは、直接の金属接触を避けるために箔を機械的に分離します。箔とスペーサーの両方が巻かれ、巻線は液体電解質で含浸されます。コンデンサの陰極として機能する電解質は、陽極上の酸化層のエッチングされた粗面構造を完全に覆い、増加した陽極表面を有効にします。含浸後、含​​浸された巻線はアルミケースに取り付けられ、密封されます。

設計上、非固体アルミ電解コンデンサには、電解質と接触するための第 2 のアルミ箔、いわゆる陰極箔があります。アルミ電解コンデンサのこの構造は、第 2 のアルミ箔 (陰極箔) も空気によって自然に形成される絶縁酸化物層で覆われているため、特徴的な結果をもたらします。したがって、電解コンデンサの構造は、陽極の静電容量 C _{Aと陰極の静電容量 C Kを持つ 2 つの単一直列接続コンデンサで構成されます。コンデンサ C e-cap}の合計静電容量は、2 つのコンデンサの直列接続の式から得られます。

${\displaystyle C_{e-cap}={\frac {C_{A}\cdot C_{K}}{C_{A}+C_{K}}}}$

したがって、カソード容量 C _{K がアノード容量 C A}に比べて非常に大きい場合、コンデンサ C _e-capの合計容量は主にアノード容量 C _Aによって決まります。この要件は、カソード容量 C _{Kがアノード容量 C A}の約 10 倍である場合に満たされます。カソード表面の自然酸化層の耐電圧は約 1.5 V で非常に薄いため、これは簡単に達成できます。

この記事は基本的に非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサについてのみ言及していますが、違いを強調するために、さまざまな種類のアルミ電解コンデンサの概要をここで示します。アルミ電解コンデンサは、液体電解質システムを使用するか固体電解質システムを使用するかによって 2 つのサブタイプに分けられます。異なる電解質システムはさまざまな材料で構築できるため、さらにサブタイプが含まれます。

• 非固体電解質アルミ電解コンデンサ
  • エチレングリコールとホウ酸をベースにした液体電解質、いわゆる「ホウ砂」電解質を使用するか、
  • DMF、DMA、GBLなどの有機溶媒をベースにした、
  • 水分を多く含む溶剤をベースにした、いわゆる「低インピーダンス」、「低ESR」または「高リップル電流」のコンデンサ
• 固体電解質アルミ電解コンデンサ
  • 固体二酸化マンガン電解質を有する固体アルミニウムコンデンサ（SAL）を参照、または
  • 固体高分子電解質、ポリマーアルミ電解コンデンサを参照、または
  • 固体ポリマーと液体の両方を備えたハイブリッド電解質。ポリマーアルミ電解コンデンサも参照。

• アルミ電解コンデンサのサブタイプの原理設計の違い
• 
  非固体電解質を使用したAl-e-cap
• 
  固体マンガン酸化物電解質、グラファイト/銀カソード接続を備えたAl-e-cap
• 
  ポリマー電解質を使用したAl-e-cap
• 
  ポリマー電解質、グラファイト/銀カソード接続を備えたAl-e-cap
• 
  ポリマーと非固体電解質を備えたアルミニウム電解コンデンサ（ハイブリッドポリマー）

材料の説明

• 1: 陽極箔、2: 陽極酸化物層（誘電体）、3: 陰極箔、4: 陰極酸化物層、5: 非固体電解質、6: 非固体またはポリマーの電解質を浸した紙スペーサー、7: 導電性ポリマー、8: 酸化マンガン（MnO ₂）、9: グラファイト、10: 銀

次の表は、さまざまなタイプのアルミ電解コンデンサの主な特性の概要を示しています。

¹⁾ 100μF/10～16Vの一般的なコンデンサの値

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは、最もよく知られ、最も広く使用されている電解コンデンサです。これらのコンポーネントは、ほぼすべての電子機器の基板に使用されています。これらのコンデンサは、特に安価で加工しやすいベース材料が特徴です。

ホウ砂または有機溶剤をベースにした液体電解質を使用したアルミコンデンサーには、さまざまなタイプと定格があります。水ベースの電解質を使用したコンデンサーは、大量生産のデジタルデバイスでよく見られます。固体二酸化マンガン電解質を使用したタイプは、過去に「タンタルの代替品」として機能していました。固体導電性ポリマー電解質を使用したポリマーアルミ電解コンデンサーは、特にタブレット PC やフラットパネルディスプレイなどのフラットデザインのデバイスでますます重要になっています。ハイブリッド電解質を使用した電解コンデンサーは、市場では比較的新しいものです。ハイブリッド電解質システムにより、ポリマーの改善された導電性と、酸化物層の自己修復特性を向上させる液体電解質の利点が組み合わされ、コンデンサーは低 ESR と低リーク電流の両方の利点を備えています。

アルミ電解コンデンサの陽極の基本材料は、純度99.99%以上の高純度アルミニウムでできた厚さ約20～100μmの箔です。^{[7] [11]}これを電気化学プロセスでエッチング（粗面化）して有効電極表面積を増やします。^[12]陽極の表面をエッチングすることで、必要な定格電圧に応じて、平滑な表面に比べて表面積を約200倍に増やすことができます。^[7]

アルミニウム陽極をエッチングした後、粗面を「陽極酸化」または「形成」します。アルミニウムを電解槽に挿入し、正しい極性で電流を流すと、アルミニウム表面に電気絶縁性の酸化物層 Al ₂ O ₃が形成されます。この酸化物層がコンデンサの誘電体です。

この酸化物形成のプロセスは2つの反応段階で行われ、この反応に必要な酸素は電解質から供給されなければなりません。^{[13]まず、強い発熱反応により金属アルミニウム（Al）が}水酸化アルミニウムAl(OH) ₃に変換されます。

2 Al + 6 H ₂ O → 2 Al(OH) ₃ + 3 H ₂ ↑

この反応は高電界と高温によって加速され、放出された水素ガスによってコンデンサハウジング内の圧力が上昇します。ゲル状のアルミニウム水酸化物Al(OH) _{3 は}、アルミナ三水和物 (ATH) とも呼ばれ、第 2 の反応ステップ (通常は室温で数時間かけてゆっくりと、高温では数分でより急速に) を経て、アルミニウム酸化物Al 2 _O 3_に変換されます。

2 Al(OH) ₃ → 2 AlO(OH) + 2 H ₂ O → Al ₂ O ₃ + 3 H ₂ O

酸化アルミニウムは誘電体として機能し、電解質による攻撃的な化学反応から金属アルミニウムを保護します。ただし、酸化アルミニウムの変換層は通常均質ではありません。非晶質、結晶質、多孔質の結晶質酸化アルミニウムの複雑な多層構造のラミネートを形成し、その大部分は変換されていない水酸化アルミニウムの小さな残留部分で覆われています。このため、陽極箔の形成では、特殊な化学処理によって酸化膜が構造化され、非晶質酸化物または結晶質酸化物のいずれかが形成されます。非晶質酸化物の種類は、機械的および物理的安定性が高く、欠陥が少ないため、長期安定性が向上し、漏れ電流が低下します。

非晶質酸化物の誘電率は約1.4 nm/Vです。誘電率が約1.0 nm/Vの結晶性酸化アルミニウムと比較すると、非晶質酸化物は同じ陽極表面で静電容量が40%低くなります。^[3]結晶性酸化物の欠点は、引張応力に対する感受性が高いことです。このため、成形後のプロセス中に機械的（巻き取り）または熱的（はんだ付け）応力を受けると、微小亀裂が生じる可能性があります。

酸化物構造のさまざまな特性は、電解コンデンサのその後の特性に影響を与えます。アモルファス酸化物を使用した陽極箔は、主に安定した長寿命特性を持つ電解コンデンサ、漏れ電流値の低いコンデンサ、定格電圧が約100ボルトまでのe-capsに使用されます。フォトフラッシュコンデンサなどの高電圧コンデンサには、通常、結晶酸化物を使用した陽極箔が含まれています。^[14]

有効誘電体の厚さは形成電圧に比例するため、誘電体の厚さはコンデンサの定格電圧に合わせて調整できます。たとえば、低電圧タイプの場合、10 V 電解コンデンサの誘電体の厚さは約 0.014 μm で、100 V 電解コンデンサの誘電体の厚さは約 0.14 μm です。したがって、誘電体の強度もコンデンサのサイズに影響します。ただし、標準化された安全マージンのため、電解コンデンサの実際の形成電圧はコンポーネントの定格電圧よりも高くなります。

アルミニウム陽極箔は、幅約500mmのいわゆる「マザーロール」として製造される。これらは、所望の定格電圧と所望の酸化層構造に合わせて予め成形される。コンデンサを製造するには、コンデンサに必要な陽極の幅と長さをマザーロールから切り取る必要がある。^[15]

電解コンデンサの 2 番目のアルミ箔は「陰極箔」と呼ばれ、電解液と電気的に接触する役割を果たします。この箔の純度はやや低く、約 99.8% です。この箔には常に非常に薄い酸化層が形成されており、これはアルミニウム表面が自然に空気と接触することによって生じます。電解液との接触抵抗を減らし、放電中に酸化物が形成されにくくするために、陰極箔は銅、シリコン、チタンなどの金属で合金化されています。陰極箔は表面を拡大するためにエッチングも施されています。

しかし、約1.5Vの耐電圧に相当する極めて薄い酸化層のため、その比静電容量は陽極箔よりもはるかに高くなります。^[7]陰極箔の大きな表面静電容量の必要性を正当化するには、以下の充放電安定性のセクションを参照してください。

陰極箔は陽極箔と同様に、いわゆる「マザーロール」として製造され、コンデンサ製造のために必要に応じて幅と長さが切り取られます。

電解コンデンサーの名前は、コンデンサー内部の導電性液体である電解質に由来しています。液体であるため、アノードの多孔質構造と成長した酸化物層に「テーラーメイド」カソードと同じ形状と形状で適合させることができます。電解質は、特定の要件を満たすために常に溶媒と添加剤の混合物で構成されています。電解質の主な電気的特性は導電性であり、物理的には液体中のイオン伝導性です。作動電解質の優れた導電性に加えて、その他のさまざまな要件には、とりわけ、化学的安定性、高い引火点、アルミニウムとの化学的適合性、低粘度、最小限の環境への悪影響、低コストなどがあります。電解質は、形成および自己修復プロセスのための酸素も提供する必要がありますが、これらすべてを可能な限り広い温度範囲で実現する必要があります。液体電解質に対するこの多様な要件により、さまざまな独自のソリューションが生まれます。^{[16] [17]}

現在使用されている電解システムは、おおまかに次の 3 つの主要グループにまとめることができます。

• エチレングリコールとホウ酸をベースにした電解質。これらのいわゆるグリコールまたはホウ砂電解質では、望ましくない化学結晶水反応が次の図式に従って発生します。「酸 + アルコール」は「エステル + 水」を生成します。これらのホウ砂電解質は、5 ～ 20% の水分含有量を持つ、長年使用されている標準電解質です。これらは、600 V までの全電圧範囲で、最高温度 85 °C または 105 °C で動作します。これらのコンデンサでも、適切な対策によって水の攻撃性を防ぐ必要があります。^[18]
• ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、γ-ブチロラクトン(GBL)などの有機溶媒をベースにした、ほぼ無水の電解質です。有機溶媒電解質を使用したこれらのコンデンサは、105 °C、125 °C、または 150 °C の温度範囲に適しており、漏れ電流値が低く、長期にわたるコンデンサの動作が非常に良好です。
• 水分含有量の高い水ベースの電解質は、最大70%の水分を含み、定格電圧が最大100Vのいわゆる「低インピーダンス」、「低ESR」または「高リップル電流」電解コンデンサに使用されます^[19]。低コストの大量市場向けアプリケーション向けです。アルミニウムに対する水の攻撃性は、適切な添加剤で防止する必要があります。^[20]

コンデンサの動作時間中の液体電解質の量は、自己修復とシールを通じた拡散により時間の経過とともに減少するため、コンデンサの電気的パラメータが悪影響を受け、「湿式」電解コンデンサの耐用年数または寿命が制限される可能性があります。以下の寿命のセクションを参照してください。

陽極箔と陰極箔は、比較的低電圧であっても直接接触すると短絡につながる可能性があるため、直接接触しないように保護する必要があります。両方の箔が直接接触した場合、陽極表面の酸化層は保護を提供しません。高純度の特殊な高吸収紙で作られたスペーサーまたはセパレーターは、2 つの金属箔が直接接触しないように保護します。このコンデンサ紙は、コンデンサの寿命を延ばすための電解液の貯蔵庫としても機能します。

スペーサーの厚さは電解コンデンサの定格電圧に依存し、30～75μmで最大100Vです。^[21]より高い電圧の場合は、絶縁破壊強度を高めるために数層の紙（両面紙）が使用されます。

アルミ電解コンデンサのカプセルも、ガルバニック反応を避けるためにアルミニウムで作られており、通常はアルミケース（缶、タブ）で覆われています。ラジアル電解コンデンサの場合、未定義の抵抗で電解質を介してカソード（アース）に接続されます。ただし、アキシャル電解コンデンサの場合、ハウジングはカソードに直接接触するように特別に設計されています。

電解コンデンサハウジング内で故障、過負荷、または極性の誤りが発生すると、かなりのガス圧が発生する可能性があります。タブは、圧力逃がしベントを開いて、電解質の一部を含む高圧ガスを放出するように設計されています。このベントは、金属タブの破裂、爆発、または飛散を防ぎます。

小型ハウジングの場合、圧力逃がしベントはタブの底または切り込みに刻まれています。ネジ端子コンデンサなどの大型コンデンサにはロック可能な過圧ベントがあり、垂直に取り付ける必要があります。

アルミ電解コンデンサのシール材は、その種類によって異なります。大型のネジ端子コンデンサやスナップインコンデンサの場合、シールワッシャーはプラスチック製です。アキシャル電解コンデンサには通常、ゴム層をラミネートしたフェノール樹脂製のシールワッシャーが付いています。ラジアル電解コンデンサには、非常に緻密な構造のゴム製プラグが使用されています。シール材はすべて、電解液の化学成分に対して不活性でなければならず、電解液の汚染につながる可溶性化合物を含んではなりません。漏れを防ぐために、電解液はシール材に対して攻撃的であってはいけません。

製造工程はマザーロールから始まります。まず、エッチングされ、粗面化され、プリフォームされたマザーロール上の陽極箔、スペーサー紙、陰極箔を必要な幅に切断します。^{[11] [12]}箔は自動ワインダーに送られ、端子溶接、巻き取り、長さ切断の 3 つの連続したステップを含む連続操作で巻き取りセクションが作成されます。次の製造ステップでは、リード出力端子に固定された巻き取りセクションを真空含浸下で電解液に浸します。次に、含浸された巻き取りをアルミケースに組み込み、ゴム製シーリングディスクを取り付け、カールして機械的にしっかりと密封します。その後、コンデンサに絶縁収縮スリーブフィルムが提供されます。この光学的に準備が整ったコンデンサは、切断および巻き取り手順によって生じたすべての誘電欠陥を修復するために、高温ポストフォーミング装置で定格電圧で接触されます。ポストフォーミング後、静電容量、漏れ電流、インピーダンスの 100% 最終測定が行われます。テーピングで製造プロセスが終了し、コンデンサは出荷準備が整います。

• 非固体アルミ電解コンデンサのさまざまなスタイル
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非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサにはさまざまなスタイルがあります。上の写真の左から右の順を参照してください。

• プリント基板または基板に表面実装するためのSMD（Vチップ）
• プリント基板に垂直に取り付けるためのラジアルリード端子（シングルエンド）
• プリント基板上の水平THT実装用アキシャルリード端子
• 電力用途向けラジアルピン端子（スナップイン）
• 電力用途向けの大型ネジ端子

1875 年、フランスの研究者ウジェーヌ・デュクレテは、特定の「バルブ金属」（アルミニウムなど）が、電流の一方向の流れを阻止し、逆方向の流れを可能にする酸化層を形成できることを発見しました。

蓄電池製造業者のカロル・ポラックは、アルミニウム陽極の酸化物層は、電源を切っても中性またはアルカリ性の電解液中では安定したままであることを発見した。1896年に彼は、極性コンデンサの酸化物層を中性または弱アルカリ性の電解液と組み合わせて使用​​するというアイデアに基づいて、アルミニウム電極を備えた電気液体コンデンサ（英語：Elektrischer Flüssigkeitskondensator mit Aluminiumelektroden）の特許を取得した。^[22]

工業的に実現された最初の電解コンデンサは、陰極として使用される金属製の箱で構成され、水に溶解したホウ砂電解液が充填され、折り畳まれたアルミニウム陽極板が挿入されていました。外部から直流電圧を印加すると、陽極の表面に酸化層が形成されました。これらのコンデンサの利点は、実現された静電容量値に関して、当時の他のすべてのコンデンサよりも大幅に小型で安価だったことです。陽極構造のスタイルは異なりますが、ケースが陰極、容器が電解液であるこの構造は、1930 年代まで使用され、水分含有量が多いことから「ウェット」電解コンデンサと呼ばれていました。

湿式アルミ電解コンデンサが最初に一般的に使用されたのは、大規模な電話交換機で、48 ボルトの DC 電源のリレー ハッシュ (ノイズ) を減らすためでした。1920 年代後半に家庭用の AC 駆動ラジオ受信機が開発されたことで、真空管アンプ技術用の大容量 (当時としては) で高電圧のコンデンサが求められました。通常、容量は少なくとも 4 マイクロファラッド、定格電圧は DC 約 500 ボルトでした。ワックス紙やオイル シルクフィルム コンデンサは入手可能でしたが、その程度の容量と定格電圧を持つデバイスはかさばり、非常に高価でした。

現代の電解コンデンサの祖先は、1925年にサミュエル・ルーベンによって特許を取得しました。 ^{[23] [24]}彼は、現在デュラセル・インターナショナルとして知られる電池会社の創設者であるフィリップ・マロリーとチームを組みました。ルーベンのアイデアは、銀雲母コンデンサの積層構造を採用しました。彼は、電解液を満たした容器をコンデンサの陰極として使用する代わりに、陽極箔に隣接する電解液と接触するための別の第2の箔を導入しました。積層された第2の箔には、陽極端子に加えて独自の端子が追加され、容器はもはや電気的機能を持ちませんでした。1つの陽極箔が非水性の液体またはゲル状の電解液によって陰極箔から分離されたこのタイプの電解コンデンサは、水分含有量が非常に少ないという意味で乾燥しており、「ドライ」タイプの電解コンデンサとして知られるようになりました。^[25]この発明は、1927年にドイツのHydra-Werke社のA. Eckelが紙のスペーサーで区切られた巻き箔を発明したことと相まって、^[26]サイズと価格を大幅に削減し、より幅広い顧客層が新しいラジオを購入できるようにしました。^[25]

1928年に電解コンデンサに関する最初の特許を申請したウィリアム・デュビリエ^[27]は、電解コンデンサに関する新しいアイデアを工業化し、1931年にニュージャージー州プレインフィールドのコーネル・デュビリエ（CD）工場で大規模な商業生産を開始しました。^{[25]同じ頃、ドイツのベルリンでは、} AEG社の「ハイドラヴェルケ」が電解コンデンサの大量生産を開始しました。

ポラックは1886年の特許出願で、すでに陽極箔の表面を粗くするとコンデンサの静電容量が増加すると記していた。それ以来、陽極表面を粗くする方法として、サンドブラストやスクラッチなどの機械的な方法、高電流で強制的に酸や酸塩で化学エッチングする方法など、さまざまな方法が開発されてきた。^[28]これらの方法のいくつかは、1931年から1938年の間にCD工場で開発された。今日（2014年）では、低電圧箔を電気化学的にエッチングすることで、滑らかな表面に比べて表面積を最大200倍に増やすことができる。^{[6] [7]}エッチングプロセスに関する進歩は、過去数十年にわたってアルミ電解コンデンサのサイズが継続的に縮小されている理由である。

第二次世界大戦後の時代は、ラジオやテレビの技術、産業用途の急速な発展と関連しており、生産量だけでなく、電解コンデンサのスタイル、サイズ、シリーズの多様化にも大きな影響を与えました。有機液体をベースにした新しい電解質は、漏れ電流と ESR を低減し、温度範囲を広げ、寿命を延ばしました。塩素と水による腐食現象は、より純度の高い製造プロセスと電解質への添加剤の使用によって回避できます。

1950年代初頭に開発されたタンタル電解コンデンサ^{[29] [30]}は、他のすべてのタイプの非固体電解質よりも10倍優れた導電性を持つ固体電解質として二酸化マンガンを使用しており、アルミ電解コンデンサの開発にも影響を与えました。1964年にフィリップス社によって開発された、固体電解質を使用した最初のアルミ電解コンデンサ（固体アルミニウムコンデンサ（SAL））が市場に登場しました。^[31]

1970年から1990年までの数十年間は、例えば非常に低い漏れ電流、長寿命特性、または125℃までの高温に耐えるなど、特定の産業用途に特に適した様々な新しい業務用アルミ電解コンデンサシリーズの開発が目立った時期でした。^[32]現在（2014年）までの非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサの多くのシリーズの多様性は、さまざまな産業要件を満たすコンデンサの適応性を示しています。

1983 年、三洋電機は「OS-CON」アルミ電解コンデンサーによりESR のさらなる低減を達成しました。これらのコンデンサーは、固体有機導体として電荷移動塩 TTF-TCNQ (テトラシアノキノジメタン) を使用し、二酸化マンガン電解液に比べて導電性が 10 倍向上しました。

TCNQコンデンサのESR値は、 Alan J. Heeger、Alan MacDiarmid、Hideki Shirakawaによる導電性ポリマーの発見により大幅に低下しました。^[33]ポリピロール[14]やPEDOT ^[34]などの導電性ポリマーの導電性は、TCNQの100～500倍優れており、金属の導電性に近づいています。 1991年にパナソニックはポリマーアルミ電解コンデンサ「SP-Cap」^[35]を市場に投入しました。 ポリマー電解質を使用したこれらの電解コンデンサは、セラミック多層コンデンサ（MLCC）と競合できるほど低いESR値を達成しました。 これらはタンタルコンデンサよりも安価であり、その後まもなくノートパソコンや携帯電話などのフラットデザインのデバイスに使用されるようになりました。

1980 年代半ばから、安価な非固体電解コンデンサの ESR を低減することを目的として、日本で新しい水ベースの電解液が開発されました。水は安価で、電解液の効果的な溶媒であり、電解液の導電性を大幅に向上させます。

日本のメーカーであるルビコンは、1990年代後半に導電性を高めた新しい水性電解質システムの開発をリードしました。^[19]水性電解質を使用した非固体コンデンサの新シリーズは、データシートでは「低ESR」、「低インピーダンス」、「超低インピーダンス」、または「高リップル電流」シリーズと呼ばれていました。

2000年から2005年にかけて、重要な安定物質が欠落した水ベースの電解質のレシピが盗まれたため^{[18] [20] [36]、}コンピューターや電源装置のコンデンサが大量に破裂するという問題が発生し、「コンデンサ疫病」として知られるようになりました。これらのコンデンサでは、水がアルミニウムと非常に攻撃的に、さらには激しく反応し、コンデンサ内で激しい熱とガスが発生し、コンデンサの爆発につながることがよくあります。

コンデンサの電気特性は、国際標準規格 IEC 60384-1 によって統一されています。この規格では、コンデンサの電気特性は、電解コンデンサのすべての抵抗損失、容量性および誘導性パラメータをモデル化する電気部品を含む理想的な直列等価回路によって記述されます。

• C、コンデンサの静電容量、
• R _ESRは等価直列抵抗であり、コンデンサのすべての抵抗損失をまとめたもので、通常は「ESR」と略されます。
• L _ESLは等価直列インダクタンスであり、コンデンサの有効自己インダクタンスで、通常は「ESL」と略されます。
• R_漏れ、漏れ電流を表す抵抗

電解コンデンサの静電容量の基本単位はマイクロファラッド(μF、正確には uF) です。

メーカーのデータシートに指定されている静電容量値は、定格静電容量 C _Rまたは公称静電容量 C _Nと呼ばれ、コンデンサの設計値です。電解コンデンサの標準測定条件は、周波数 100/120 Hz、温度 20 °C で0.5 V ^{[明確化が必要]の}AC測定です。 ^{[引用が必要]}

電解コンデンサの静電容量値は、測定周波数と温度に依存します。測定周波数 1 kHz での値は、100/120 Hz の値よりも約 10% 低くなります。したがって、電解コンデンサの静電容量値は直接比較することはできず、 1 kHz 以上で静電容量が測定されるフィルムコンデンサやセラミックコンデンサの静電容量値とは異なります。

100/120 Hz の AC 測定方法で測定された静電容量値は、コンデンサに蓄積された電荷に最も近い値です。蓄積された電荷は特殊な放電方法で測定され、DC静電容量と呼ばれます。DC 静電容量は、100/120 Hz の AC 静電容量よりも約 10% 高くなります。DC 静電容量は、フォトフラッシュなどの放電アプリケーションで重要です。

測定された静電容量の定格値からの許容偏差のパーセンテージを静電容量許容差と呼びます。電解コンデンサにはさまざまな許容差シリーズがあり、その値はIEC 60063 で規定されているE シリーズで指定されています。狭いスペースでの省略表示については、各許容差の文字コードが IEC 60062 で規定されています。

• 定格静電容量、E3 シリーズ、許容差 ±20%、文字コード "M"
• 定格容量、E6 シリーズ、許容差 ±20%、文字コード "M"
• 定格容量、E12 シリーズ、許容差 ±10%、文字コード "K"

必要な静電容量許容差は、特定のアプリケーションによって決まります。フィルタリングやバイパスコンデンサによく使用される電解コンデンサは、発振器などの正確な周波数のアプリケーションには使用されないため、狭い許容差は必要ありません。

IEC 60384-1 では、許容動作電圧は「定格電圧」U _Rまたは「公称電圧」U _Nと呼ばれます。定格電圧は、定格温度範囲内の任意の温度で連続的に印加できる最大 DC 電圧またはピークパルス電圧です。

電解コンデンサの耐電圧は誘電体層の厚さに直接比例し、^[6]温度の上昇とともに低下します。一部の用途では、高温範囲で使用することが重要です。高温で印加電圧を下げると、安全マージンが維持されます。そのため、一部のコンデンサ タイプでは、IEC 規格で、高温範囲用の 2 番目の「温度ディレーティング電圧」である「カテゴリ電圧」U _{C が}指定されています。カテゴリ電圧とは、カテゴリ温度範囲内の任意の温度でコンデンサに連続的に印加できる最大 DC 電圧、ピーク パルス電圧、または重畳 AC 電圧です。

アルミ電解コンデンサには、サージ電圧とも呼ばれる過電圧が短時間印加されることがあります。サージ電圧とは、寿命期間中に 1000 サイクルの頻度で印加できる温度範囲内での最大電圧値 (各サイクルで 30 秒の停止時間と 5 分 30 秒の休止時間) で、コンデンサに目に見える損傷や 15% を超える静電容量の変化を生じずに印加できる電圧値です。

通常、定格電圧が 315 ボルト以下のコンデンサの場合、サージ電圧は定格電圧の 1.15 倍になり、定格電圧が 315 ボルトを超えるコンデンサの場合、サージ電圧は定格電圧の 1.10 倍になります。

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは、過渡電圧の周波数とエネルギー含有量が低い場合、サージ電圧よりも高い高電圧および短期過渡電圧に対して比較的鈍感です。 この能力は、定格電圧とコンポーネントのサイズによって異なります。 低エネルギーの過渡電圧は、ツェナーダイオードと同様の電圧制限につながります。

電気化学的酸化物形成プロセスは、正しい極性の電圧が印加されたときに発生し、過渡現象が発生すると追加の酸化物を生成します。この形成は、熱と水素ガスの発生を伴います。過渡現象のエネルギー含有量が低い場合、これは許容されます。ただし、過渡ピーク電圧によって誘電体に対して高すぎる電界強度が発生すると、直接ショートを引き起こす可能性があります。許容可能な過渡現象またはピーク電圧の明確で一般的な仕様は不可能です。過渡現象が発生するすべてのケースで、アプリケーションを慎重に承認する必要があります。

固体電解質を使用した電解コンデンサは、サージ電圧よりも高い過渡電圧やピーク電圧に耐えることができません。このタイプの電解コンデンサの過渡電圧により、コンポーネントが破損する可能性があります。

電解コンデンサは有極性コンデンサであり、一般に陽極電圧は陰極電圧に対して正である必要があります。しかし、アルミ電解コンデンサの陰極箔には、非常に薄い、空気由来の天然の酸化層が設けられています。この酸化層の耐電圧は約1～1.5Vです。^[37]そのため、非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは、非常に小さな逆電圧に連続的に耐えることができ^[38]、たとえば、関連規格で指定されているように、約0.5VのAC電圧で測定できます。^{[引用が必要]}

室温で逆電圧が -1.5 V ^[38]より低い場合、陰極アルミ箔は印加電圧に応じて酸化層を形成し始めます。これは、圧力の上昇に伴って水素ガスが発生することと一致しています。同時に、陽極箔上の酸化層は酸化物の溶解を開始し、耐電圧が弱まります。ここで問題となるのは、酸化によるガス圧の上昇がケースの破裂につながるのか、弱くなった陽極酸化物が短絡による破壊につながるのかという外部回路です。外部回路の抵抗が高い場合、高ガス圧のためにコンデンサが故障し、通気口が開きます。外部回路の抵抗が低い場合は、内部短絡が発生する可能性が高くなります。いずれの場合も、室温で逆電圧が -1.5 V より低いと、絶縁破壊または過圧によりコンポーネントが壊滅的に故障する可能性があり、その結果、コンデンサが破裂し、その様子はしばしば劇的で劇的なものになります。現代の電解コンデンサには、通常はケースの切り込み部分か、高温のガス/液体を排出するための特別に設計された端部シールのいずれかである安全通気口が付いていますが、それでも破裂は大きな被害をもたらす可能性があります。

極性のある電解液が誤って回路に挿入される可能性を最小限に抑えるために、極性はケースに明確に表示されています。「極性表示」のセクションを参照してください。

交流動作用に設計された特殊なバイポーラコンデンサは、通常「バイポーラ」、「非極性」または「NP」タイプと呼ばれ、入手可能です。これらのコンデンサには、直列に接続された反対極性の陽極箔が 2 つあります。交流サイクルの交互の半分ごとに、1 つの陽極がブロッキング誘電体として機能し、逆電圧が反対側の陽極を損傷するのを防ぎます。定格電圧は対称である必要はありません。「半極性」コンデンサは、異なる厚さの酸化物コーティングで作ることができるため、各方向で異なる電圧に耐えることができます。^[38]ただし、これらのバイポーラ電解コンデンサは、金属化ポリマーフィルムまたは紙誘電体を備えたパワーコンデンサの代わりに、主な交流アプリケーションには適応できません。^{[説明が必要]}

一般的に、コンデンサは電気エネルギーを蓄える部品として見られています。しかし、これはコンデンサの 1 つの機能にすぎません。コンデンサはAC 抵抗器としても機能します。特にアルミ電解コンデンサは、不要なバイアス AC 周波数をフィルタリングまたはバイパスしてグランドに流すためのデカップリング コンデンサとして、またはオーディオ AC 信号の容量結合のために、多くのアプリケーションで使用されています。この場合、誘電体は DC をブロックするためだけに使用されます。このようなアプリケーションでは、AC抵抗、インピーダンスは容量値と同じくらい重要です。

インピーダンスはリアクタンスと抵抗のベクトル和であり、交流回路における特定の周波数での正弦波状に変化する電圧と正弦波状に変化する電流の位相差と振幅比を表します。この意味で、インピーダンスはオームの法則のように使用できます。

${\displaystyle Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath }}}={\frac {U_{\mathrm {eff} }}{I_{\mathrm {eff} }}}。 }$

言い換えれば、インピーダンスは周波数に依存する AC 抵抗であり、特定の周波数で 大きさと位相の両方を持ちます。

コンデンサのデータシートでは、インピーダンスの大きさ |Z| のみが指定されており、単に「Z」と表記されます。この意味で、インピーダンスはコンデンサが交流電流を通過させる能力の尺度です。

インピーダンスは、理想的なコンデンサ、抵抗器、インダクタンスを含む、コンデンサの直列等価回路の理想的なコンポーネントを使用して計算できます。この場合、角周波数でのインピーダンスは、ESRと容量性リアクタンス（静電容量） の幾何学的（複素）加算によって与えられます。${\displaystyle \scriptstyle C}$${\displaystyle \scriptstyle ESR}$${\displaystyle \scriptstyle ESL}$${\displaystyle \omega}$

${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$

誘導性リアクタンス（インダクタンス） によって

${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$。

すると、 ${\displaystyle Z}$

${\displaystyle Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}}$。

共振の特殊なケースでは、両方のリアクタンス抵抗とが同じ値 ( ) を持ち、インピーダンスは によってのみ決まります。 ${\displaystyle \scriptstyle X_{C}}$${\displaystyle \scriptstyle X_{L}}$${\displaystyle \scriptstyle X_{C}=X_{L}}$${\displaystyle \scriptstyle ESR}$

さまざまなコンデンサのデータシートに指定されているインピーダンスは、多くの場合、異なる静電容量値に対する典型的な曲線を示しています。共振周波数でのインピーダンスは、カップリング回路またはデカップリング回路の最適な動作点を定義します。静電容量が高いほど、動作可能な周波数範囲は低くなります。アルミ電解コンデンサは静電容量値が大きいため、約 1 MHz またはそれ以上の低周波数範囲で比較的良好なデカップリング特性を備えています。この点と比較的低価格であることから、50/60 Hz標準またはスイッチング電源で電解コンデンサが使用されることがよくあります。

• 周波数と温度の関数としての典型的なインピーダンスとESR曲線
• 
  周波数の関数としての典型的なインピーダンスとESR
• 
  温度の関数としての典型的なインピーダンス

等価直列抵抗（ESR）は、コンデンサのすべての抵抗損失をまとめたものです。これらは、端子抵抗、電極接点の接触抵抗、電極の線抵抗、電解質抵抗、および誘電体酸化層の誘電損失です。^[39]

ESRは温度と周波数に依存します。非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサの場合、ESRは一般に周波数と温度の上昇とともに低下します。^[40] ESRは平滑化の背後に残る重畳ACリップルに影響し、回路の機能に影響を与える可能性があります。コンデンサに関連して、ESRはリップル電流がコンデンサを流れると内部発熱の原因となります。この内部発熱によりコンデンサの寿命が短くなります。

IEC/EN 60384-1 規格を参照すると、電解コンデンサのインピーダンス値は、コンデンサの静電容量と電圧に応じて 10 kHz または 100 kHz で測定されます。

アルミ電解コンデンサの場合、歴史的理由により、関連するデータシートでは の代わりに tan δ の損失係数が指定されることがあります。損失係数は、容量性リアクタンスから誘導性リアクタンスを引いた値との間の位相角の正接によって決まります。インダクタンスが小さい場合、特定の周波数での損失係数は次のように近似できます。 ${\displaystyle \scriptstyle ESR}$${\displaystyle \scriptstyle X_{C}}$${\displaystyle \scriptstyle X_{L}}$${\displaystyle \scriptstyle ESR}$${\displaystyle \scriptstyle ESL}$

${\displaystyle \tan \delta ={\mbox{ESR}}\cdot \omega C}$

リップル電流は、連続動作時の電流曲線の任意の波形および任意の周波数の重畳された AC 電流のRMS値です。これは、たとえば、電源 (スイッチング モード電源を含む) で AC 電圧を整流した後に発生し、デカップリングコンデンサまたは平滑コンデンサを介してバイアスされた充放電電流として流れます。

コンデンサのESRにより、リップル電流I _{R は}電力損失P _{V elを引き起こします。}

${\displaystyle P_{Vel}=I_{R}^{2}\cdot \ ESR}$

その結果、コンデンサの巻線コア内部で熱が発生します。

この内部で発生した熱は、周囲温度および場合によっては他の外部熱源と相まって、コンデンサコアの温度につながり、その最も熱い領域は巻線にあり、周囲温度と比較してΔ Tの温度差があります。この熱は、コンデンサの表面A上の熱損失P _{V th}および周囲環境への熱抵抗βとして分散される必要があります。

${\displaystyle P_{Vth}=\Delta T\cdot A\cdot \beta }$

熱抵抗 β は、関連するコンデンサのケース サイズと、該当する場合は追加の冷却条件によって異なります。

熱放射、対流、周囲環境への熱伝導によって内部で発生する電力損失P _{V elが}熱損失P _{V th}に一致する場合、コンデンサ温度と周囲温度の間に温度バランスが与えられます。^[41]

通常、メーカーのデータシートに記載されている最大リップル電流の指定定格値は、85 °C シリーズの場合はコンデンサ コア (セル) を 10 °C、105 °C シリーズの場合は 5 °C、125 °C シリーズの場合は 3 °C 加熱して計算されます。

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサの定格リプル電流は、コンデンサシリーズの指定寿命に対応しています。この電流は、指定または計算された時間中、最高温度までコンデンサに流れ続ける可能性があります。リプル電流が指定値より低いか、強制冷却^[41]により、コンデンサの寿命が延びます。

非固体電解質を使用した電解コンデンサの寿命は蒸発速度に依存し、したがってコンデンサの中心温度に依存します。強制冷却またはPCB上のコンデンサの特別な配置により、寿命はプラスの影響を受ける可能性があります。^[41]

リップル電流は、100 Hzまたは120 Hz、または上限温度での10 kHzでの実効値（RMS）として規定されます。非正弦波リップル電流は、フーリエ解析によって単一の正弦波周波数に分離し、単一電流の2乗加算によってまとめる必要があります。^[42]

${\displaystyle I_{R}={\sqrt {{i_{1}}^{2}+{i_{2}}^{2}+{i_{3}}^{2}+{i_{n}}^{2}}}}$

定格リップル電流よりもはるかに高い可能性のある、定期的に発生する高電流パルスも同様に分析する必要があります。

ESR は周波数が高くなると減少するため、100/120 Hz で指定されているリップル電流データシートの値は、周波数が高くなると高くなることがあります。このような場合、メーカーは高周波数でのリップル電流値の補正係数を指定します。たとえば、10 kHz でのリップル電流は、通常、100/120 の値よりも 30 ～ 40% 高いと概算できます。

リップル電流が定格値を超えると、それに伴う発熱がコンデンサの温度限界を超え、コンデンサの内部構造（耐電圧、沸点）が破壊される可能性があります。その後、部品は短絡、通気口の開放、または爆発する傾向があります。定格値を超えるリップル電流は、強制冷却によってのみ可能です。^{[41] [43]}

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサには、陽極箔に加えて、電解質との電気的接点として機能する陰極箔が常に含まれています。この陰極箔には、誘電体としても機能する、非常に薄い天然の空気由来の酸化物層が設けられています。したがって、コンデンサ構造は、陽極箔の静電容量 C _Aと陰極箔の静電容量 C _Kの 2 つのコンデンサの直列回路を形成します。前述のように、コンデンサ C _{e-capの静電容量は、陰極静電容量 C Kが陽極静電容量 C A}の約 10 倍である場合、主に陽極静電容量 C _Aによって決まります。

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは、通常、電流制限なしで定格電圧まで充電できます。この特性は、液体電解質内のイオン移動性が制限されているため、誘電体を横切る電圧の上昇が遅くなり、コンデンサの ESR も低下するからです。

放電中、コンデンサの内部構造により内部極性が反転します。カソード (-) がアノード (+) に接続され、電流の方向が変わります。これらの電極には 2 つの電圧が発生します。原理的には、両方の電極の電圧分布は、各電極の逆 CV 積として動作します。

高陰極容量の設計ルールは、放電中に陰極に現れる電圧が約1.5Vを超えないこと、つまり空気中の自然な耐電圧を保証する。陰極箔のさらなる後加工は行われず、静電容量の劣化につながる可能性がある。^{[21] [44]}そしてコンデンサは耐放電性である。

非固体電解質を使用した小型（直径 25 mm 未満）アルミ電解コンデンサは、通常、最大約 50 A のピーク電流値まで、電流サージ、ピーク、またはパルス制限なしで定格電圧まで充電できます。この特性は、誘電体を横切る電圧ランプを遅くする液体電解質内のイオン移動性が制限されていることと、コンデンサの ESR の結果です。時間とともに積分されたピークの周波数のみが、指定された最大リップル電流を超えてはなりません。

電解コンデンサの特徴的な性質として「漏れ電流」があります。この直流電流は、電解コンデンサの直列等価回路においてコンデンサと並列の 抵抗器 R_リークによって表され、電圧が印加されると流れます。

漏れ電流には、望ましくない化学プロセスや機械的損傷によって生じた誘電体のあらゆる弱い欠陥が含まれており、正しい極性で電圧を印加した後に誘電体を通過できる DC 電流です。漏れ電流は、静電容量値、コンデンサの印加電圧と温度、測定時間、電解質の種類、電圧を印加せずに保管した時間やはんだ付けによる熱ストレスなどの前提条件によって異なります。(すべての非固体電解コンデンサは、はんだ付け後、漏れ電流を測定する前に数時間の回復時間が必要です。非固体チップコンデンサは、リフローはんだ付け後に約 24 時間の回復時間が必要です。) 動作電圧を印加すると、自己修復プロセスによって漏れ電流が低減します。

漏れ電流は、直流電圧を印加した後の最初の数分で低下します。この間に、誘電体酸化層は自己修復プロセスで新しい層を構築することにより、すべての弱点を修復できます。漏れ電流が低下するのにかかる時間は、一般的に電解質の種類によって異なります。固体電解質の漏れ電流は、非固体タイプの場合よりもはるかに速く低下しますが、やや高いレベルにとどまります。水分含有量の多い電解質を使用した湿式電解コンデンサは、最初の数分間は有機電解質を使用したものよりも漏れ電流が高くなりますが、数分後には同じレベルになります。電解コンデンサの漏れ電流は、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサの絶縁抵抗を流れる電流と比較して高くなりますが、最新の非固体電解コンデンサの自己放電には数週間かかる場合があります。

_{メーカーのデータシートに記載されて}いる漏れ電流Ileakの仕様は、コンデンサの静電容量値C _R、定格電圧U _R、相関係数、および最小電流値を指します。たとえば、

${\displaystyle I_{\mathrm {Leak} }=0{.}01\,\mathrm {{A} \over {V\cdot F}} \cdot U_{\mathrm {R} }\cdot C_{\mathrm {R} }+3\,\mathrm {\mu A} }$

データシートの仕様に応じて、2 分または 5 分の測定時間後、測定された漏れ電流値は計算値よりも低くなければなりません。通常、漏れ電流は、コンデンサに印加される電圧が長いほど常に低くなります。たとえば、1 時間後の動作中の漏れ電流が動作漏れ電流です。この値は、メーカーのシリーズ特性に大きく依存します。指定値の 1/100 よりも低くなる可能性があります。

漏れ電流は印加電圧と周囲温度に依存します。85℃での連続動作時の値は20℃の時の約4倍になります。それ以外の場合は値は約半分になり、印加電圧は定格電圧の70%に低下します。^[42]

非固体アルミ電解コンデンサで、例えば 1 時間の動作時間後に漏れ電流が規定値よりも高いレベルのままになっている場合、ほとんどの場合、実装時に大きな機械的ストレスがかかったために内部が機械的に損傷しています。

誘電吸収は、長時間充電されたままのコンデンサが短時間放電しても完全に放電されない場合に発生します。理想的なコンデンサは放電後に 0 ボルトに達しますが、実際のコンデンサは時間遅延双極子放電によって小さな電圧を発生します。この現象は誘電緩和、"浸漬"、"バッテリー動作" とも呼ばれます。

長時間定数の 積分器やサンプルホールド回路など、電子回路で非常に小さな電流を使用する回路では、誘電吸収が問題になることがあります。 ^[47]電源ラインをサポートする電解コンデンサのほとんどの用途では、誘電吸収は問題になりません。

しかし、特に定格電圧の高い電解コンデンサの場合、誘電体吸収によって端子に発生する電圧が人や回路に安全上のリスクをもたらす可能性があります。ショックを防ぐために、ほとんどの大型コンデンサには短絡線が付属しており、使用前に取り外す必要があります。^[48]

アルミ電解コンデンサの信頼性予測は、一般的に故障率λ、略してFIT（Failures In Time）として表されます。これは、バスタブ曲線における一定のランダム故障時間中の単位時間あたりの故障数の測定値です。バスタブ曲線の平坦な部分は、非固体電解コンデンサの計算された寿命または耐用年数に対応します。故障率は、他の関連コンポーネントと組み合わせた電子回路の望ましい寿命に対する生存確率を計算するために使用されます。

FIT は、一定のランダム故障期間中に、固定動作条件 (例: 1000 個のコンポーネントで 100 万時間、または 100 万個のコンポーネントで 1000 時間) で 10 億 (10 ^{9 ) のコンポーネント時間の動作中に予測される故障数 (1} ppm /1000 時間) です。この故障率モデルは、暗黙的に「ランダム故障」の概念を前提としています。個々のコンポーネントはランダムな時間に故障しますが、その率は予測可能です。故障には、短絡、開回路、および劣化故障 (指定された電気パラメータの制限を超える) があります。

FIT の逆数値は MTBF (平均故障間隔)です。

故障率FITの標準動作条件は40℃および0.5URです_。印加電圧、電流負荷、温度、静電容量値、回路抵抗（タンタルコンデンサの場合）、機械的影響、湿度などの他の条件については、産業用^[49]または軍事用^[50]のコンテキストで標準化された加速係数を使用してFIT数値を再計算できます。温度と印加電圧が高いほど、故障率は高くなります。

固体電解質を使用したコンデンサの場合、故障率は、1000時間あたりの故障した部品の割合（n %/1000 h）として表されることが多く、基準条件85 °Cおよび定格電圧U _{Rで指定されることを知っておくとよいでしょう。つまり、10} ⁵時間あたりの故障した部品の「n」個、またはFITでは10 ⁹時間あたりの1万倍の値ですが、基準条件が異なります。これらの他の条件では、「%I1000 h」の数値は、産業^[49]または軍事^[50]のコンテキストで標準化された加速係数を使用して再計算できます。

今日の非固体電解質を使用した最新のアルミ電解コンデンサーは、故障率が非常に低く、通常の条件下では数十年の寿命が予測される非常に信頼性の高い部品です。 製造後に電解コンデンサーを「バーンイン」に似たポストフォーミングプロセスステップに通して、製造中に初期故障を排除することがベストプラクティスです。 データシートに記載されている FIT 値は、寿命テストの結果に基づいて、メーカーの長年の経験から計算されています。 非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサーの一般的な基準故障率の値は、低電圧タイプ (6.3～160 V) では 1～20 FIT の範囲の FIT 率^[51]、高電圧タイプ (>160～550 V) では 20～200 FIT の範囲の FIT 率です。^[52]アルミコンデンサーのフィールド故障率は 0.5～20 FIT の範囲です。^[52]

「故障率」仕様のデータは、寿命テスト (耐久性テスト) の結果に基づいています。さらに、「現場故障率」が指定されることもあります。この数値は、アプリケーション外で現場で故障に気付いた大手顧客から得たものです。現場故障率は、これよりはるかに低い値になる場合があります。アルミ電解コンデンサの場合、0.5 ～ 20 FIT の範囲です。現場故障率の値は、電子部品の通常の桁数と一致しています。

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは、液体成分として電解質を使用するため、電子部品の中でも例外的な位置を占めています。液体電解質は、電解コンデンサの時間依存的な動作を決定します。電解コンデンサは、電解質が蒸発するにつれて、時間の経過とともに劣化します。これは、温度が上昇すると、耐用年数が急激に減少することも意味します。経験則として、10 度上昇するごとに耐用年数が半分になります。この電解質の非常に遅い乾燥は、直列構成、周囲温度、電圧、およびリップル電流負荷によって異なります。時間の経過とともに電解質が減少すると、コンデンサの静電容量、インピーダンス、および ESR に影響します。電解液の量が減少すると、静電容量は減少し、インピーダンスと ESR は増加します。長い形成時間の後、すべての弱点が回復するため、漏れ電流は減少します。固体電解質を使用した電解コンデンサとは対照的に、「ウェット」電解コンデンサは、コンポーネントが指定された最大静電容量、インピーダンス、または ESR の変化に達すると、「寿命の終わり」を迎えます。 「寿命の終わり」までの期間は、「寿命」、「耐用年数」、「負荷寿命」または「サービス寿命」と呼ばれます。これは、故障率バスタブ曲線における一定の故障率の時間を表します。

通常の周囲条件下では、電解コンデンサの寿命は 15 年以上ですが、ゴム栓の劣化挙動 (通常は寿命試験中に劣化しません) によっては制限されることがあります。この定格は、IEC 60384-4-1 に従って、カテゴリ上限温度で定格電圧を使用した「耐久試験」と呼ばれる加速劣化試験でテストされます。 ^[53]この劣化試験の課題の 1 つは、意味のある結果を得るのに必要な時間です。自動車やグリーン エネルギー アプリケーション (太陽光マイクロインバータ、LED、風力タービンなど) からの長寿命、高温性能の要求に応えて、一部のコンデンサは、認定を受けるまでに 1 年以上のテスト (10,000 時間) が必要です。この制限のため、適切な結果を出す方法でテストを加速する方法 ^{[54]への関心が高まっています。}

右のグラフは、105 °C で 2000 時間の耐久テストにおける電解質の蒸発による非固体電解質を備えたアルミ電解コンデンサの電気的パラメータの挙動を示しています。乾燥のプロセスは、重量の減少によっても検出できます。

この耐久テストの後、テストに合格するための指定されたパラメータ制限は、一方では完全な故障（短絡、開回路）がなく、他方では劣化故障に達しておらず、静電容量が 30% 以上減少し、ESR、インピーダンス、または損失係数が初期値と比較して 3 倍以上増加していないことです。テストされたコンポーネントのパラメータがこれらの制限を超えると、劣化故障の証拠としてカウントされます。

テスト時間と温度は、テスト対象のシリーズによって異なります。そのため、メーカーのデータシートには、時間/温度の形式でさまざまな寿命仕様が記載されています。たとえば、2000 時間/85 °C、2000 時間/105 °C、5000 時間/105 °C、2000 時間/125 °C などです。この数値は、定格電圧を印加して最大温度にさらされた場合の、シリーズのコンデンサの最小寿命を指定します。

耐久性試験に関して、この仕様には、コンデンサに定格リップル電流値が負荷されることは含まれていません。ただし、リップル電流によって発生する 3 ～ 10 K (シリーズによって異なります) の追加内部熱は、メーカーが耐久性試験の結果を解釈する際の安全マージンとして通常考慮されます。実際にリップル電流を流す試験は、どのメーカーにとっても実行可能です。

さまざまな動作条件でのコンデンサの寿命は、大手メーカーのデータシートに記載されている特別な式やグラフを使用して推定できます。メーカーは仕様を達成するためにさまざまな方法を使用しています。特別な式を提供するメーカーもあれば、^{[55] [56] [57]}印加電圧の影響を考慮したグラフを使用してコンデンサの寿命計算を指定するメーカーもあります。^{[41] [58] [59]}動作条件下での時間を計算するための基本原則は、いわゆる「10度ルール」です。^{[60] [61] [62]}

この法則は、アレニウスの法則としても知られています。これは、熱反応速度の変化を特徴づけるものです。温度が 10 °C 低下するごとに、蒸発は半分になります。つまり、温度が 10 °C 低下するごとに、コンデンサの寿命は 2 倍になります。

${\displaystyle L_{x}=L_{\text{Spec}}\cdot 2^{\frac {T_{0}-T_{A}}{10}}}$

• L _x = 推定される寿命
• L_仕様= 指定寿命（耐用年数、負荷寿命、サービス寿命）
• T ₀ = 上限カテゴリ温度 (°C)
• T _A = ケースの温度（°C）またはコンデンサ付近の周囲温度

たとえば、電解コンデンサの寿命仕様が 2000 時間/105 °C の場合、10 度ルールを使用すると、45 °C でのコンデンサの寿命は 128,000 時間 (約 15 年) と「計算」できます。低温で寿命が長くなるという結果は数学的計算によるものですが、その結果は常に、類似のコンポーネントのグループの予想される動作の推定値です。

非固体電解質を使用した電解コンデンサの寿命は蒸発率、つまりコンデンサのコア温度に依存します。一方、このコア温度はリップル電流負荷に依存します。コンデンサケース温度に 10 度ルールを適用すると、動作条件に適したアプローチが得られます。リップル電流が高い場合は、強制冷却によって寿命がプラスの影響を受ける可能性があります。

コンデンサの寿命が近づくと、劣化による故障が現れ始めます。同時に、一定の故障率の範囲も終わります。しかし、コンデンサの指定寿命を過ぎても、電子回路が直ちに危険にさらされるわけではなく、コンデンサの機能が低下するだけです。今日の電解コンデンサの製造における純度は高いため、寿命が尽きた後に蒸発が進行し、パラメータの劣化が起こった場合に、短絡が発生することは予想されません。

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサは、品質の面で、比較的ネガティブなイメージを持っています。これは、計算された寿命中に指定された仕様内で使用された場合、電解コンデンサは信頼性の高い部品であると考えられている業界の経験とは対照的です。ネガティブなイメージは、デバイス内の故障した電解コンデンサが簡単にすぐに確認できるためである可能性があります。^[63]これは例外的なことであり、他の電子部品には当てはまりません。

他の工業製品と同様に、非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサの故障モードの特定の原因はわかっています。故障の原因は、コンデンサの開発と製造、デバイスの製造、コンデンサの用途、または使用中の外部の影響によって区別できます。^[64]

コンデンサ製造業界は、最初の故障モードにしか影響を与えることができません。ほとんどのメーカーは、数十年にわたってよく組織化された品質管理部門を持ち、すべての開発および製造ステップを監督してきました。故障モードフローチャートはこれを示しています。^{[55] [65] [66] [67] [68] [69]}ただし、タンタルコンデンサの「フィールド結晶化」のように、アプリケーション中に物理的または化学的に引き起こされる典型的な主要な故障モードは、非固体アルミ電解コンデンサでは知られていません。

多くの方面において、電解コンデンサは他の受動部品に比べて信頼性の低い部品であると考えられています。これは、これらの部品の歴史に一部起因しています。第二次世界大戦中および戦前に製造されたコンデンサは、手作業で製造された際に汚染されることがあり、特に塩素塩は腐食プロセスの原因となり、高い漏れ電流につながることがよくありました。塩素はアルミニウムに対して、化学的に結合することなく、不安定な酸化物を形成する触媒として作用します。

第二次世界大戦後、この問題は知られていましたが、測定機器の精度が低かったため、非常に低いppm濃度の塩素を検出できませんでした。その後20年間で状況は改善され、コンデンサは長寿命アプリケーションに十分対応できるようになりました。これにより、以前は気付かなかった水による腐食が発生し、保管中または未使用中に安定した誘電体酸化層が弱まります。これにより、保管後に高いリーク電流が発生します。当時の電解質のほとんどに水が含まれており、多くのコンデンサは乾燥によって寿命を迎えます。^[21]水による腐食が、推奨される事前調整指示の理由でした。

1970年代の最初の解決策は、有機溶剤をベースにした無水電解質システムの開発でした。その利点は、とりわけ、漏れ電流が低いことと、ほぼ無制限の保存期間であったが、^[70]これは別の問題を引き起こしました。自動挿入機による大量生産の増加により、はんだ付け後にPCBを洗浄する必要が生じましたが、これらの洗浄液にはクロロアルカン( CFC )剤が含まれていました。このようなハロゲン溶液は、コンデンサのシールに浸透し、塩素腐食を引き起こすことがあります。ここでも漏れ電流の問題がありました。

ドライクリーニングの溶剤としてのCFCの使用は、例えば1994年の温室効果ガスに関するIPPC指令や1997年のEUの揮発性有機化合物（VOC）指令などにより段階的に廃止されてきました。その間に、陽極酸化アルミニウムと水との反応を抑制する添加剤を使用した電解システムが開発され、保管後の高漏れ電流の問題のほとんどが解決されました。^[71]

非固体アルミ電解コンデンサが長期間保管中に安定した動作をするかどうかは、コンデンサを上限カテゴリ温度で一定期間 (通常は 1000 時間) 電圧をかけずに保管する加速テストでテストできます。この「保管寿命テスト」は、すべての化学反応が高温によって加速されるため、電解システムの誘電性酸化アルミニウム層に対する不活性な化学的挙動を示す優れた指標です。今日のコンデンサのほぼすべてのシリーズは、1000 時間の保管寿命テストを満たしています。これは、室温で最低 5 年間保管するのと同等です。現代の電解コンデンサは、このような保管後に事前調整する必要はありません。ただし、多くのコンデンサ シリーズは保管期間が 2 年間のみに指定されていますが、この制限は端子の酸化とその結果生じるはんだ付け性の問題によって決まります。

1970 年代以前に製造された古い電解コンデンサを使用してアンティーク無線機器を復元する場合、「事前調整」が推奨されることがよくあります。このために、定格電圧が約 1 kΩ の直列抵抗を介してコンデンサに 1 時間適用されます。安全抵抗を介して電圧を適用すると、酸化層が自己修復によって修復されますが、ゆっくりと修復されるため、内部の加熱が最小限に抑えられます。事前調整後もコンデンサが漏れ電流要件を満たさない場合は、永久的な損傷の兆候である可能性があります。

小型または低電圧のアルミ電解コンデンサは、安全対策を講じることなく並列に接続できます。大型コンデンサ、特に大型で高電圧タイプのコンデンサは、故障したサンプルによるコンデンサバンク全体の突然のエネルギー充電に対して個別に保護する必要があります。

三相グリッドの周波数制御用の DC リンクを備えたAC/AC コンバータなどの一部のアプリケーションでは、電解コンデンサが通常提供するよりも高い電圧が必要です。このようなアプリケーションでは、電解コンデンサを直列に接続して耐電圧能力を高めることができます。充電中、直列に接続された各コンデンサの電圧は、個々のコンデンサの漏れ電流の逆数に比例します。すべてのコンデンサは個々の漏れ電流が多少異なるため、漏れ電流が大きいコンデンサは電圧が低くなります。直列接続されたコンデンサの電圧バランスは対称ではありません。個々のコンデンサの電圧を安定させるには、パッシブまたはアクティブの電圧バランスを提供する必要があります。^{[42] [59]}

電解コンデンサには、他のほとんどの電子部品と同様に、製造元、タイプ、電気的特性と熱的特性、製造日を示す刻印があります。理想的には、コンデンサが十分に大きい場合は、次の刻印が付けられている必要があります。

• 製造業者の名前または商標。
• 製造業者の型式指定。
• 端子の極性（有極性コンデンサの場合）
• 定格静電容量;
• 定格静電容量の許容差
• 定格電圧と電源の種類（AC または DC）
• 気候カテゴリーまたは定格温度。
• 製造年と月（または週）

小型コンデンサでは、限られたスペースにすべての関連情報を表示するために、略記法が使用されます。最も一般的に使用される形式は、XYZ K/M VOLTS V です。ここで、XYZ は μF 単位の静電容量、K または M の文字は許容差 (それぞれ ±10% と ±20%)、VOLTS V は定格電圧を表します。例:

• 本体に「10K 25」と記載されているコンデンサは、静電容量が 10 μF、許容差 K = ±10%、定格電圧が 25 V です。

静電容量、許容差、製造日も、IEC 60062 に従って短縮コードで識別できます。定格静電容量 (マイクロファラッド) の短縮マーキングの例:

• μ47 = 0.47μF、4μ7 = 4.7μF、47μ = 47μF

製造日は国際基準に従って省略形で印刷されることが多いです。

• バージョン 1: 年/週の数字コードでコーディング、「1208」は「2012、週番号 8」です。
• バージョン2: 年コード/月コードによるコーディング、

年コード: 「R」= 2003、「S」= 2004、「T」= 2005、「U」= 2006、「V」= 2007、「W」= 2008、「X」= 2009、「A」= 2010、「B」= 2011、「C」= 2012、「D」= 2013、「E」= 2014、「F」= 2015 など。月コード: 「1」から「9」= 1 月から 9 月、「O」= 10 月、「N」= 11 月、「D」= 12 月、「C5」は「2012 年 5 月」になります。

• 非固体および固体アルミ電解コンデンサの極性表示
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• 非固体電解質のアルミ電解コンデンサには、陰極（マイナス）側に極性マークが付いています。
• 固体電解質のアルミ電解コンデンサには、陽極（プラス）側に極性マークが付いています。

非固体電解質を使用したSMDスタイルの電解コンデンサ (垂直チップ、V チップ) には、マイナス端子側を示すために、ケース上部に色付きの塗りつぶされた半円またはマイナス バーがあります。さらに、コンデンサ本体の下の絶縁プレートは、マイナス端子が補完位置にあることを示すために、2 つの斜めのエッジを使用しています。

ラジアルまたはシングルエンドの電解コンデンサには、マイナス端子を示すためにコンデンサの側面にバーが付いています。マイナス端子のリードは、プラス端子のリードよりも短い場合があります ( LEDと同様)。また、マイナス端子には、接続ラグの上部に刻み目が刻印されている場合があります。

アキシャル電解コンデンサ スタイルでは、ケース全体または周囲に、マイナス リード端を指してマイナス端子を示すバーがあります。コンデンサのプラス端子はシール側にあります。マイナス端子リードはプラス端子リードよりも短くなっています。

プリント基板では、プラスのリード線に四角いスルーホール パッドを使用し、マイナスのリード線に丸いパッドを使用して正しい方向を示すのが一般的です。

すべての電気・電子部品および関連技術の標準化は、非営利・非政府の国際標準化機構である国際電気標準会議（IEC）^[72]によって定められた規則に従います。^{[73] [74]}

電子機器に使用されるコンデンサの特性の定義と試験方法の手順は、一般仕様書に記載されています。

• IEC/EN 60384-1—電子機器用固定コンデンサ

電子機器に使用されるアルミ電解コンデンサが標準タイプとして認定されるために満たすべき試験および要件は、次のセクション仕様に規定されています。

• IEC/EN 60384-3—二酸化マンガン固体電解質を備えた表面実装固定タンタル電解コンデンサ
• IEC/EN 60384-4—固体（MnO ₂）および非固体電解質を備えたアルミニウム電解コンデンサ
• IEC/EN 60384-18—固体（MnO ₂）および非固体電解質を備えた固定アルミ電解表面実装コンデンサ
• IEC/EN 60384-25—導電性ポリマー固体電解質を備えた表面実装固定アルミ電解コンデンサ
• IEC/EN 60384-26—導電性高分子固体電解質を用いた固定アルミ電解コンデンサ

非固体電解質を使用したアルミ電解コンデンサの代表的な用途は次のとおりです。

• AC電源^[43]やスイッチング電源、DC/DCコンバータの平滑化やフィルタリングのための入力および出力デカップリングコンデンサ
• 可変周波数ドライブおよび周波数変換器用のAC/ACコンバータ、および無停電電源装置のDCリンクコンデンサ
• 力率改善用補正コンデンサ
• エアバッグ、フラッシュ装置、^[14]民生用起爆装置用のエネルギー貯蔵装置
• ACモーター用モーター始動コンデンサ
• オーディオ信号カップリング用バイポーラコンデンサ
• カメラフラッシュ用フラッシュコンデンサ

利点:

• 低周波をフィルタリングするための高容量の安価なコンデンサ
• フィルムコンデンサやセラミックコンデンサよりも高いエネルギー密度
• スーパーキャパシタよりも高い電力密度
• ピーク電流制限は不要
• 一時通行不可
• スタイル、寿命、温度、電気パラメータに合わせてカスタマイズされたシリーズが非常に多様化しています。
• 多くのメーカー

デメリット:

• 蒸発による寿命の制限
• 非常に低温でのESRとZの挙動が比較的悪い
• 機械的ストレスに敏感
• ハロゲン化合物による汚染に敏感
• 二極化したアプリケーション

2010年のアルミ電解コンデンサの市場規模は約39億ドル（約29億ユーロ）で、コンデンサ市場全体の約180億ドル（2008年）の約22％を占めた。数量で見ると、これらのコンデンサはコンデンサ市場全体の約700億～800億個の約6％を占めている。^[75]