Gli anni pionieristici nella storia dei condensatori sono stati un periodo in cui i condensatori sono stati utilizzati principalmente per acquisire una prima comprensione dell'elettricità, prima della scoperta persino dell'elettrone. Era anche un momento per fare dimostrazioni di salotto, come avere una fila di persone che si tenevano per mano e scaricare un condensatore attraverso di loro. L'era moderna dei condensatori inizia alla fine del 1800 con l'alba dell'era dell'applicazione pratica dell'elettricità, che richiede condensatori affidabili con proprietà specifiche.

VASI DI LEIDA

Marconi con apparato trasmittente, Pubblicato su LIFE [Pubblico dominio], tramite Wikimedia Commons

Uno di questi usi pratici era nei trasmettitori spinterometro wireless di Marconi a partire da poco prima del 1900 e nel primo e secondo decennio. I trasmettitori hanno accumulato un'alta tensione per la scarica attraverso uno spinterometro e quindi hanno utilizzato condensatori di porcellana per resistere a quella tensione. Era richiesta anche l'alta frequenza. Questi erano fondamentalmente vasi di Leida e per ottenere le capacità richieste ci voleva molto spazio.

MICA

Nel 1909, William Dubilier ha inventato condensatori di mica più piccoli che sono stati poi utilizzati sul lato ricevente per i circuiti risonanti nell'hardware wireless.

I primi condensatori di mica erano fondamentalmente strati di fogli di mica e rame fissati insieme come quelli che venivano chiamati "condensatori di mica bloccati". Questi condensatori però non erano molto affidabili. Essendo solo fogli di mica premuti contro fogli di metallo, c'erano degli spazi d'aria tra la mica e i fogli. Quel divario consentiva l'ossidazione e la corrosione e significava che la distanza tra le piastre era soggetta a modifiche, alterando la capacità.

Negli anni '20 furono sviluppati condensatori in mica d'argento, quelli in cui la mica è rivestita su entrambi i lati con il metallo, eliminando i traferri. Con un sottile rivestimento metallico invece di fogli più spessi, i condensatori potrebbero anche essere ridotti. Questi erano molto affidabili. Ovviamente non ci siamo fermati qui. L'era moderna dei condensatori è stata contrassegnata da una svolta dopo l'altra per una storia affascinante. Diamo un'occhiata.

CERAMICA

MLCC attorno a un microprocessore. Di Elcap [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Negli anni '20 la mica non era così abbondante in Germania e quindi sperimentarono nuove famiglie di condensatori ceramici, scoprendo che il biossido di titanio (rutilo) aveva una dipendenza lineare dalla temperatura della capacità per la compensazione della temperatura e poteva sostituire i condensatori di mica. All'inizio furono prodotti in piccole quantità e in quantità maggiori negli anni '40. Consistevano in un disco metallizzato su entrambi i lati.

Per ottenere una capacità maggiore è stata utilizzata un'altra ceramica, il titanato di bario, poiché aveva una permittività 10 volte superiore a quella della mica o del biossido di titanio. Tuttavia, avevano parametri elettrici meno stabili e potevano sostituire la mica solo dove la stabilità era meno importante. Questo è stato migliorato dopo la seconda guerra mondiale.

Un'azienda americana lanciata nel 1961 ha aperto la strada al condensatore ceramico multistrato (MLCC) che era più compatto e aveva una capacità maggiore. Nel 2012 vengono prodotti ogni anno più di 10 ^ 12 MLCC in titanato di bario.

ELETTROLITICO IN ALLUMINIO

Condensatore elettrolitico

Nel 1890 Charles Pollak scoprì che uno strato di ossido su un anodo di alluminio era stabile in una soluzione neutra o alcalina e ottenne un brevetto nel 1897 per un condensatore di alluminio con elettrolita di borace. I primi condensatori elettrolitici "bagnati" apparvero brevemente nelle radio negli anni '20, ma ebbero una durata limitata. Sono stati chiamati "umidi" a causa del loro alto contenuto di acqua. Erano fondamentalmente un contenitore con un anodo metallico immerso in una soluzione di borace o altro elettrolita disciolto in acqua. L'esterno del contenitore fungeva da altra piastra. Questi sono stati utilizzati nelle grandi centrali telefoniche per ridurre il rumore dei relè.

Il brevetto per il moderno antenato del condensatore elettrolitico fu depositato nel 1925 da Samual Ruben. Ha inserito un elettrolita simile a un gel tra l'anodo rivestito di ossido e la seconda piastra, una lamina di metallo, eliminando la necessità di un contenitore pieno d'acqua. Il risultato è stato il condensatore elettrolitico "a secco". Un'altra aggiunta era uno spazio di carta tra le spire dei fogli. Tutto ciò ha ridotto significativamente le dimensioni e il prezzo.

Nel 1936 la società Cornell-Dubilier introdusse i suoi condensatori elettrolitici in alluminio, inclusi miglioramenti come l'irruvidimento della superficie dell'anodo per aumentare la capacità. La Hydra-Werke, un'azienda AEG, iniziò contemporaneamente la produzione di massa a Berlino, in Germania.

Dopo la seconda guerra mondiale, il rapido sviluppo della tecnologia radiotelevisiva ha portato a maggiori quantità di produzione, nonché a una varietà di stili e dimensioni. I miglioramenti hanno incluso la riduzione delle correnti di dispersione e della resistenza in serie equivalente (ESR), intervalli di temperatura più ampi e durate di vita più lunghe utilizzando nuovi elettroliti basati su sostanze organiche. Ulteriori sviluppi dagli anni '70 agli anni '90 includevano anche l'abbassamento delle correnti di dispersione, un'ulteriore riduzione dell'ESR e temperature più elevate.

Tra il 2000 e il 2005 si è verificata quella che divenne nota come la "piaga dei condensatori", probabilmente a causa dell'uso di una ricetta rubata ma senza alcune sostanze stabilizzanti che portarono a guasti prematuri.

ELETTROLITICO AL TANTALIO

Un condensatore al tantalio a montaggio superficiale. Di Epop [Pubblico dominio], tramite Wikimedia Commons

I condensatori elettrolitici al tantalio furono prodotti per la prima volta per scopi militari negli anni '30. Questi utilizzavano fogli di tantalio avvolti e un elettrolita non solido. Negli anni '50 i Bell Laboratories realizzarono i primi condensatori al tantalio a elettrolita solido. Hanno macinato il tantalio in polvere e lo hanno sinterizzato come un cilindro. Inizialmente è stato utilizzato un elettrolita liquido, ma poi hanno scoperto che il biossido di manganese poteva essere utilizzato come elettrolita solido.

Sebbene Bell Labs abbia realizzato le invenzioni fondamentali, nel 1954 la Sprague Electric Company ha apportato miglioramenti al processo, producendo i primi condensatori a elettrolita solido al tantalio commercialmente fattibili.

Il 1975 ha visto l'emergere di condensatori elettrolitici al tantalio polimerico con polimeri conduttivi a conducibilità molto più elevata che sostituiscono il biossido di manganese portando a una VES inferiore. NEC ha rilasciato i suoi condensatori polimerici al tantalio nel 1995 per SMD (dispositivi a montaggio superficiale) con Sanyo che ha seguito l'esempio nel 1997.

Il minerale di tantalio è soggetto a shock di prezzo e due di questi eventi si sono verificati nel 1980 e nel 2000/2001. Quest'ultimo shock ha portato allo sviluppo di condensatori elettrolitici al niobio con elettrolita di biossido di manganese che fornisce proprietà più o meno le stesse dei condensatori al tantalio.

FILM POLIMERO

Condensatori a film. Elcap [CC-BY-SA 3.0], tramite Wikimedia Commons

Il condensatore di carta metallizzata è stato brevettato nel 1900 da GF Mansbridge. La metallizzazione è stata effettuata rivestendo la carta con un legante riempito di particelle metalliche. Questi erano comunemente usati all'inizio del 1900 come condensatori di disaccoppiamento nella telefonia (telecomunicazioni). Durante la seconda guerra mondiale, Bosch migliorò il processo e li produsse rivestendo la carta con lacca e utilizzando la deposizione sottovuoto di metallo per rivestirla. Intorno al 1954 i Bell Labs realizzarono una pellicola di lacca metallizzata spessa 2,5um separata dalla carta, ottenendo condensatori molto più piccoli. Questo può essere considerato il primo condensatore a film polimerico.

La ricerca sulla plastica da parte dei chimici organici durante la seconda guerra mondiale ha portato a questo andare oltre. Nel 1954 il primo
condensatore in mylar fu uno di quelli. Mylar è stato registrato da Dupont nel 1952 ed è un PET (polietilene tereftalato) molto resistente. Nel 1954 fu prodotto un condensatore a film di mylar metallizzato da 12um. Nel 1959 l'elenco comprendeva condensatori realizzati con polietilene, polistirene, politetrafluoroetilene, PET e policarbonato. Nel 1970, i servizi elettrici utilizzavano condensatori a pellicola senza carta.

DOPPIO STRATO (SUPERCONDENSATORI)

Supercondensatori, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], tramite Wikimedia Commons

Questo ci porta all'ultimo dei nostri tipi di condensatori, ea quelli abbastanza entusiasmanti con capacità nell'ordine di migliaia di farad. All'inizio degli anni '50 le ricerche della General Electric usarono il loro background con celle a combustibile e batterie ricaricabili per sperimentare condensatori con elettrodi di carbonio porosi. Ciò ha portato H. Becker a brevettare il condensatore come "condensatore elettrolitico a bassa tensione con elettrodi di carbonio porosi", non comprendendo il principio alla base che porta alla capacità estremamente elevata. GE non l'ha perseguito ulteriormente.

La Standard Oil of Ohio sviluppò un'altra versione e alla fine la concesse in licenza negli anni '70 a NEC che alla fine la commercializzò con il nome registrato, supercondensatore. Era valutato a 5,5 V e aveva capacità fino a 1F. Avevano una dimensione massima di 5 cm^3 e venivano usati come alimentazione di backup per la memoria del computer.

Brian Evans Conway, professore emerito presso l'Università di Ottawa, ha lavorato sui condensatori elettrochimici all'ossido di rutenio dal 1975 al 1980. Nel 1991 ha descritto la differenza tra supercondensatori e batterie nell'accumulo elettrochimico, dando una spiegazione completa nel 1999 coniando nuovamente il termine supercondensatore.

Prodotti e mercati sono cresciuti lentamente con nomi di prodotti come Goldcaps, Dynacap e PRI Ultracapacitor, quest'ultimo essendo il primo supercondensatore con bassa resistenza interna sviluppato nel 1982 dal Pinnacle Research Institute (PRI) per scopi militari.

Sviluppi relativamente recenti sul mercato includono condensatori agli ioni di litio che drogano l'anodo di carbone attivo con ioni di litio. Questi hanno capacità nell'ordine di migliaia di farad (4 cifre) a circa 2,7 V.

CONCLUSIONE

Sulla base dei tuoi commenti in risposta al nostro  post History of the Capacitor - The Pioneering Years, non manca l'uso del termine condensatore piuttosto che condensatore. Allora da dove viene il termine condensatore? Questo sembra essere sconosciuto, ma l'Oxford English Dictionary cita dal glossario dei termini in ingegneria elettrica del BSI (British Standards Institution?) del 1922 che dice che "condensatore" è un "nuovo termine" e suggerisce di usarlo per evitare confusione con il vapore 'condensatore'.

Fonte: HACKADAY