電容" target="_blank">鋁電解電容不能承受反向電壓的主要原因是其內部結構和工作原理決定了它對反向電壓的敏感性，特別是反向電壓會導致氧化層的破壞和電容的快速失效。

鋁電解電容是一種極性電容器，具有正負電極，廣泛應用于電子電路中。與非極性電容不同，鋁電解電容只能在特定的極性下工作，而不能承受反向電壓。反向電壓可能會導致其損壞，甚至引發(fā)危險情況。那么，為什么鋁電解電容不能承受反向電壓?

我們從電容的結構、工作原理以及材料特性入手，逐步揭示原因。

一、鋁電解電容的基本結構和工作原理

鋁電解電容由陽極鋁箔、陰極鋁箔和電解液等組成。其陽極鋁箔經過電解氧化處理，在表面形成了一層非常薄的氧化鋁作為電介質。這層氧化鋁絕緣層非常薄，但具有良好的絕緣性能，能夠承受高電壓并確保電容的儲能功能。

鋁電解電容的工作原理基于這種氧化鋁層的特性。在陽極(正極)上形成的氧化鋁層是通過正向電壓施加在鋁箔上時生成的，并且該層具有“單向導電”的特性：只在陽極的方向上具有絕緣性。因此，當電容工作時，正電壓通過鋁箔與電解質形成電場，電荷儲存在氧化鋁層上，產生電容效應。

二、鋁電解電容的極性特性

鋁電解電容是一種極性電容器，這意味著其工作時必須遵循嚴格的電壓極性要求：正極接陽極，負極接陰極。其極性特性來源于氧化鋁絕緣層的形成方式。當電容在正常正向電壓下工作時，氧化鋁層作為絕緣介質發(fā)揮作用。然而，如果施加反向電壓，氧化鋁層的特性將被破壞。

氧化鋁層的絕緣性只在正向電壓下有效，因為它是電解工藝下陽極電化學反應的產物。如果反向電壓施加到電容上，氧化鋁層的保護作用會失效，導致電流可以自由地通過電容的陰極和電解質。這種現(xiàn)象被稱為氧化層擊穿。

三、反向電壓下的破壞機制

當反向電壓施加到鋁電解電容時，破壞機制主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

【氧化鋁層的擊穿】施加反向電壓時，氧化鋁層不再作為有效的絕緣體，而是被反向電流破壞。這種破壞會導致鋁箔和電解液之間發(fā)生電化學反應，逐漸削弱氧化鋁的絕緣性能，最終導致電容器短路或性能嚴重退化。

【電解液的分解】電解液通常是一種導電的化學溶液，能夠維持電容器的電化學特性。當施加反向電壓時，電解液可能會發(fā)生化學分解，釋放出氣體或其他副產物。長期或大幅度的反向電壓作用會導致電容內部氣壓升高，最終可能引發(fā)電容外殼膨脹、漏液，甚至爆炸。

【電容極板的損壞】反向電壓還會導致鋁箔本身發(fā)生不正常的電化學腐蝕，導致電容極板逐漸損壞。隨著氧化層的擊穿和電化學反應的進行，陽極鋁箔的導電性和結構完整性都會受到損傷，進一步降低電容的電性能，直至失效。

圖片來源深圳市力容電子有限公司

四、為什么其他電容類型可以承受反向電壓?

與鋁電解電容不同，其他類型的電容器(如陶瓷電容、薄膜電容、無極性電容)沒有電解液和極化層的存在，因而不會像鋁電解電容那樣依賴正向電壓來維持其電氣性能。這些電容器使用非電解質材料(如陶瓷或塑料薄膜)作為介質，這類材料在正反兩個方向上都能起到絕緣作用，因此可以承受一定的反向電壓。

然而，鋁電解電容由于其電解質和陽極氧化層的設計特性，決定了其只能在特定方向上工作。這也是為什么在電路設計中，如果需要使用非極性電容，通常會選擇陶瓷電容或薄膜電容，而不是鋁電解電容。

幾種避免鋁電解電容承受反向電壓的方法

1.正確的電容極性連接：電路設計者必須確保在連接電解電容時，嚴格遵守極性標識，將正極和負極正確接入電路。

2.使用保護電路：在一些存在反向電壓風險的應用中，可以在鋁電解電容兩端串聯(lián)一個二極管，防止反向電壓施加到電容上。二極管的單向導電性能夠有效阻止反向電流流入電容。

3.使用無極性電容：在需要反向電壓保護的電路中，可以選擇使用無極性電容(如無極性鋁電解電容或陶瓷電容)，以避免由于極性問題導致的電路故障。

你知道為什么鋁電解質電容不能承受反向電壓嗎?

因為鋁電解電容的基本結構是由陽極、在絕緣介質上附著的氧化鋁，接收極的陰極鋁層，和真正的陰極-電解液組成。

事實上，鋁電解電容內部存在兩個電容，一個是由陽極箔、陽極氧化膜和電解液形成的，另一個是由陰極箔、天然氧化膜和電解液形成的，這兩個電容串聯(lián)形成了最終的等效電容。

通常這兩個電容的容差值相差會很大，這是因為在陽極箔的表面存在一層較厚的氧化膜，這是人為通過電化學反應氧化，得到的一層比較致密的氧化鋁膜，這個氧化鋁是絕緣的，它的介電常數(shù)非常大，所以比較容易形成較大的電容值。而陰極的電容中，陰極表面的氧化膜是鋁箔在空氣中和電解質工作環(huán)境中天然形成的，非常薄。所以她的耐壓能力就會很差，大約有1-1.5v左右，而陽極箔上的氧化膜由于是化成處理的結果，比較厚，也比較均勻穩(wěn)定，所以耐壓值相對較高。

那么耐壓值差為什么會間接導致鋁電解電容反接時容易爆炸呢?

這是因為反接即意味著要在陰極上施加超出耐壓范圍的電壓，這個時候陰極和電解液中的水分會被電分解，產生氧氣，氧氣和陰極表面的鋁反應，形成酸化皮膜，此外由于氧化還原反應，一方面電容內部會產生大量氫氣，使內部壓力增加，另一方面會放熱，使得溫度升高，于是鋁電解電容開始迅速膨脹，使氧化膜脫落，直至爆炸。

許多文獻報道了鋁電解電容器反向電壓閾值現(xiàn)象的機理，即氫離子理論。當電解電容器承受反向直流電壓時，即電解液的陰極承受正電壓，而氧化物承受負電壓時，聚集在氧化層中的氫離子通過介質，到達介質與金屬層之間的邊界，然后它們會轉化成氫氣。氣體的膨脹力導致氧化層脫落。

因此，電流通過電解液后直接流過電容器，電容器失效。這個直流電壓很小。在1～2V的反向直流電壓下，鋁電解電容器在幾秒鐘內就會因氫離子效應而立即失效。相反，當向電解電容器施加正電壓時，負離子集中在氧化層之間。因為負離子的直徑非常大，它們不能穿透氧化層，所以可以承受更高的電壓。

非極性電容與極性電容有何異同?

非極性電容器與非極性電解電容器相同嗎?大多數(shù)電容器都是非極性的，只有電解電容器有極性。其中，有非常特殊的非極性電解電容器。與普通電容器相比，電解電容器容量大、價格低、體積小，但電解電容器一般具有極性，其工作可靠性、耐壓、耐溫性、介損等指標都不如其他電容器。

所謂無極性電解電容器，實際上是兩個完全相同的電解電容器背靠背包裝。這種電容器損耗大、可靠性低、耐壓能力低，只能用于要求較低的少數(shù)場合。