铝电解电容器是电子电路中常用的元件，其核心功能是通过电化学原理存储和释放电荷。以下从工作原理和内部构造两方面详细解析：

一、工作原理

极化与介质形成

铝电解电容器的阳极（正极）由高纯铝箔经电化学蚀刻增大表面积后，在电解液中施加电压进行阳极氧化，表面形成致密的Al₂O₃绝缘层（厚度约纳米级）。这一氧化层作为介电质（绝缘层），其绝缘性和厚度直接决定电容的耐压值和容量。

关键特性：Al₂O₃介电常数较高（~8-10），结合蚀刻后粗糙的表面结构，可在小体积内实现大容量（μF至mF级）。

电荷存储机制

当外加电压时，阳极铝箔上的正电荷吸引电解液中的负离子（如OH⁻），在Al₂O₃层两侧形成电荷分离，实现储能。

阴极（负极）通常为电解液或导电聚合物，通过另一片铝箔（阴极箔）导出电流。

自修复特性

若介电层局部击穿，电解液会在故障点重新氧化生成Al₂O₃，恢复绝缘性（但频繁击穿会缩短寿命）。

二、内部构造详解

1. 核心组成部分

部件 材料与工艺 作用

阳极铝箔 99.9%高纯铝，经蚀刻形成多孔结构（表面积提升50-200倍） 增大电极面积，提升容量

阴极铝箔 普通铝箔，表面可能涂覆碳或导电聚合物 收集电流，与电解液形成回路

电解液 乙二醇/硼酸等溶剂+导电盐（如铵盐）或固态导电聚合物（如PPy） 提供离子导电通路，参与氧化层修复

电解纸 纤维素或合成纤维隔膜 隔离两极箔，吸附电解液

外壳 铝壳或树脂封装，顶部有防爆阀（液态电解液型） 密封并释放内部压力，防止爆炸

2. 典型结构剖面

铝壳（阴极连接）

├─ 阴极铝箔（引出导线）

├─ 电解纸（浸渍电解液）

├─ 阳极铝箔（Al₂O₃层，引出导线）

└─ 橡胶密封塞（防漏液）

三、关键参数与特性

极性要求

必须正确连接正负极，反向电压会导致氧化层溶解，产生气体引发鼓包甚至爆炸。

等效电路模型

理想电容（C） + 等效串联电阻（ESR，由电解液/箔电阻引起） + 漏电流（μA级）。

温度与寿命

电解液易挥发（液态型），高温下寿命呈指数下降（如105℃型寿命通常为2000-5000小时）。

频率响应

高频性能较差（因ESR和电感效应），适合低频滤波（如电源整流）。

四、液态 vs 固态电解电容

类型 液态电解液 固态导电聚合物

ESR 较高（10-100mΩ） 极低（<10mΩ）

寿命 受电解液干涸限制 更长（无挥发）

耐压 可达600V 通常≤100V

应用场景 高压大容量（如电源滤波） 高频低ESR需求（如CPU供电）

五、失效模式

容量衰减：电解液挥发或氧化层老化导致。

ESR升高：电解液干涸或聚合物降解。

短路/漏液：介电层破裂或密封失效。

通过上述分析可见，铝电解电容器的性能高度依赖材料工艺和电化学设计，工程师需根据电路需求（容量、耐压、ESR、温度）权衡选择。