铝电容是属于“电解”电容家族的器件。因此，它们以相对较低的成本在小封装中提供高电容值。为了换取这些理想的品质，它们的电气性能和使用寿命往往相对较差。尽管铝电容不适用于信号相关应用（除了最野蛮的信号应用），但它是直流电源相关功能的主要材料。有三种不同的类型可用;标准铝电解电容，该类型的双极变体，以及包含铝-聚合物电容的新类型。将该系列称为“铝电容”而不是“铝电解电容”是对后一种不包含传统液体电解质的器件类型的致敬。
器件结构
标准铝电解电容由两张高纯度铝箔组成，由一种间隔材料(如吸饱电解质溶液的纸)交错隔开。这些箔片通常在微观水平上蚀刻，以增加其有效表面积，比箔片保持光滑的情况下增加几百倍。
在其中一个箔片上(在标准铝电解电容中)，通过含氧电解质溶液对箔施加电压，形成一层氧化铝，作为电容的介电材料。这样做会导致电解液中的氧气与铝箔表面结合，形成一层氧化层，其厚度与形成过程中施加的电压成正比，并由要生产的电容的预期工作电压决定。通常情况下，这种氧化层的厚度约为1微米，即0.00004英寸。
底层的未氧化金属形成铝电解电容的一个电极。另一个电极不是第二张箔片，而是电解质溶液。在标准的铝电解电容中，第二层箔片没有刻意形成的氧化层，只是用来与电解液进行电接触，因为很难将液体焊接到电路板上……在双极电容中，在两片铝片上形成氧化层，从而形成一个有效的两个电容反串联连接的器件。
因为电解质是一种流体(除了铝聚合物电容，它是一种导电聚合物材料)，它能够符合蚀刻和氧化箔片的微观结构，导致电容的两个电极之间有很大的面积。由于介质材料(氧化铝)相当薄，因此最终的结果是具有高值的电容;根据电容基本方程，电容的增加与电极面积成正比，与电极分离距离/介电厚度成反比。引线连接到箔片上，组件被缠绕，折叠或以其他方式形成以适合容器(通常也由铝制成)，组件使用橡胶密封塞密封。
由于故障情况可能导致内部压力积聚，大多数铝电容还包括以相对安全的方式排出这种压力的规定。在较大的装置中，为此目的通常使用专用的机构，而较小的装置则通过仔细设计橡胶密封塞和/或在容器上刻痕来实现保护性排气功能，以便在产生过量内部压力时，容器以相对可控的方式破裂。
可用电容和电压范围
下面的图表说明了在撰写本文时通过Digi-Key提供的铝电容的电压/电容额定值范围。包括标准，双极性和聚合物类型。
应用优势与劣势
铝电容的主要优点是它们能够在小封装中提供大电容值，并且成本相对较低。此外，它们往往具有良好的自愈特性;当氧化铝介电层中的局部薄弱点形成时，通过介电中的薄弱点流过的增加的泄漏电流会引起类似于介电层初始形成时所使用的化学反应，导致在薄弱点处的介电变厚，并随之减少泄漏电流。
铝电容的缺点主要与(a)其结构中使用的材料的化学反应性质，(b)电解质溶液的导电性能，以及(c)液体电解质的挥发性有关。
铝电容所用材料的化学反应性在两点上存在问题;介电层的稳定性和器件的长期机械完整性。由于这些器件中的氧化铝介电层是通过电化学过程形成的，因此它也可以通过简单地反转施加的电压而被电化学过程侵蚀。这就是为什么大多数铝电容都是极化的;使用错误极性的电压会导致电介质的快速侵蚀和变薄，导致高泄漏电流和过度的内部加热。
从机械完整性的角度来看，将高活性金属(铝)与腐蚀性电解质溶液混合是一个微妙的命题;电解质成分的错误可能导致过早失效，21世纪初的“电容瘟疫”就是明证。
铝电解电容的另一个缺点是，所使用的电解质并不是特别高效的导体，因为电解质溶液中的导电是通过离子传导实现的，而不是电子传导;与作为电荷载体在原子之间移动的松散电子不同，离子(由于电子的过剩或不足而具有电荷的原子或其小团体)在溶液中四处移动。由于离子比电子体积更大，它们不容易移动，因此离子传导通常比电子传导具有更高的电阻。这种情况在多大程度上受到温度的显著影响;温度越低，电解质溶液中的离子就越难在溶液中移动，这就转化为更高的电阻。因此，电解电容往往具有相对较高的ESR，并与温度表现出很强的逆相关关系。
铝电容的第三个主要缺点(固体聚合物类型除外)是液体电解质溶液随着时间的推移往往会蒸发，最终通过橡胶密封塞扩散，安全排气结构泄漏或类似现象而丢失到大气中。
常见用途和应用
铝电容主要用于直流电源应用中，当交流性能和参数随时间的稳定性不是特别关键时，需要相对大的价值，低成本的电容。这类应用包括电源应用中整流交流线路电压的批量滤波，低频开关电源的输出滤波等。由于其相对较高的ESR与其较大的标称电容串联形成的时间常数，铝电容作为一类，当纹波频率接近约100khz时，往往会迅速失去吸引力。然而，器件优化差异很大，任何给定器件的有用频率限制可能低至几kHz至1MHz。
铝电解电容通常不适合高损耗和器件参数随环境和操作条件的广泛可变性不受欢迎的应用，其中包括大多数模拟信号路径。
常见的失效机制/关键的设计考虑
电解质损失
在大多数铝电容中发现的液体电解质会随着时间的推移而蒸发，导致ESR增加和电容降低。这是一种磨损机制，通常是铝电解电容使用寿命的限制因素。时钟在器件制造后立即启动，不会停止，尽管应用和存储条件会影响指针的移动速度。
温度是决定电解质损失率的主要因素，Arrhenius 方程很好地描述了这一点，它预测温度每变化10°C，过程速率就会发生大约2倍的变化。换句话说，在所有其他因素相同的情况下，将电解电容的温度降低10°C，其预期使用寿命大约增加一倍。
电解液的损耗也受到大气压力的影响，较低的压力会导致电解液的损耗加速。极端低压环境可能会导致非为这种环境设计的器件出现外壳破裂或安全通风口打开的情况，导致故障发生的时间比在较高环境压力下发生的时间要早得多。
在根据 Arrhenius 关系式和制造商规定的寿命规格估计电容寿命时，必须考虑到纹波电流引起的自热 ; 电容的内部温度是我们感兴趣的量，而不仅仅是应用的环境温度。
对于高空或低压操作，请参阅制造商的规格，因为需要降低规定的使用寿命，在环境压力下降至零，此时电解质气压与外部环境压力之间的差异将导致电容的安全通风口打开。请注意，蒸汽压通常会随着温度的升高而增加，从而导致工作温度和最大允许工作高度之间的权衡。
错误的电解液
不当的电解质配方会导致内部组件的快速腐蚀和/或铝电容中的气体压力积聚，导致过早失效。据报道，这种机制是导致2000年代初许多消费电子器件中铝电解电容普遍过早失效的原因。
除了独立的测试和评估之外，避免这个问题的最好方法 ( 对许多公司来说，这已经被证明是非常昂贵的 ) 是只从信誉良好的制造商那里购买产品，要么直接购买，要么通过制造商授权的经销商购买。从有问题的来源购买廉价的电子元件，就像凌晨两点在城市糟糕地区的街角从陌生人那里购买装在塑料袋里的药品一样，千万不要这样做。
电压过分强调
当施加在铝电解电容上的电压超过规定的极限时，通过氧化铝介电层的泄漏电流迅速增加，从介电材料内的局部“薄”点开始。这种泄漏电流的增加导致器件内部局部发热增加。如果不限制泄漏电流，则增加的局部加热会对介电层造成进一步的损坏，导致介电材料的级联失效和电容的破坏。
当前过分强调
铝电解电容通常具有相当大的ESR值，这主要是由于电解质溶液的电阻率。流过该电阻的交流电流会导致欧姆加热，从而导致电解质损耗并增加介电击穿事件的风险。需要注意的是，铝电解电容的视电容是频率相关的。因此，应根据应用中存在的纹波频率来解释制造商提供的纹波电流规格。铝电解电容的最大纹波电流数字通常在120Hz和100kHz时报价，因此在选择器件时不仅要注意观察报价的纹波电流值，还要注意该数字所引用的测试频率。
由于老化引起的电压过压
由于电介质形成过程的电化学性质，在零施加电压下长时间存储会导致氧化铝电介质层的降解。随着电介质的减弱，即使施加的电压可能在器件的额定极限内，也可能发生电压过应力情况。在轻微的情况下，唯一的症状可能是一段时间内泄漏电流增加和器件温度升高，直到器件自愈。在严重的情况下，通过低源阻抗在严重退化的电介质上施加最大额定电压，器件可能会出现短路和惊人的破裂。虽然解决该问题的电解质配方已经并将继续发展，但不同产品之间的存储稳定性差异很大，有些产品在放电状态下仅存储1至3年后就会出现可测量的退化。
在设计可能长时间处于休眠状态的应用程序时，建议对器件进行适度的电压降级，以提供更好的安全裕度来应对这种影响。还建议使用专门设计的抗存储退化的产品。
在维修 / 再调试的情况下，对于萎缩的铝电解电容，通常规定的处理方法是在 4-8 小时的时间内逐渐施加系统电压。在此之前，请验证在低于规格的电源电压下长时间运行不会损坏器件。
器件功能，选项和目标应用
音频
用于音频应用的铝电解电容通常是低ESR类型，其结构中的设计妥协可能偏向于电气性能和参数稳定性，而牺牲尺寸和成本等因素。
然而，应该指出的是，音频领域充斥着主观主义和旨在将傻瓜与他们的钱分开的营销，并且这种影响甚至渗透到组件级别。如果电容A的标签更漂亮，成本是电容B的十倍，那么显然电容A更好，对吧?不一定。检查规格，知道哪些对手头的应用来说是重要的，然后选择最符合应用需求的器件。除非你要做的东西是卖给那种愿意花几百或几千美元买“定向”扬声器电缆的人。在这种情况下，选择任何能给你带来最大价值的产品……
汽车
汽车应用中突出的器件通常设计用于长寿命和在扩展温度范围内运行，至少延伸到105°C。大多数都符合AEC(汽车电子委员会)标准。
两极
双极性电解电容的设计目的是通过在标准铝电解电容中使用的两个箔片上形成氧化膜，而不是只有一个箔片，在受到改变极性的电压时不会损坏。由于此类器件的高ESR，它们通常被认为不适合连续施加交流电压的操作，因此偶尔被称为“非极性直流电容”以强调这一点。它们的使用通常仅限于要施加极性不确定的直流应用，可能偶尔会在瞬态基础上反转，或者流过器件的电流可以限制在不会导致过度自热的值。
通用
“通用”是一个包罗万象的名称，指的是没有明确设计用于解决特定应用类别的器件，并且在其结构中没有主要区别特征。
高温回流焊
指定为“高温回流焊”类型的器件设计和合格用于制造过程中遇到的更高工艺温度的应用，如无铅/符合RoHS的回流焊操作中常见的情况。
电机运行
具有此名称的铝电解电容专为连续工作，高纹波应用而设计，例如变速电机驱动器和逆变器应用。
电动机启动
具有此名称的铝电解电容通常设计用于交流电机启动应用。通常它们是双极性的，额定几百伏特，并且具有几十到几千uF之间的值。
聚合物
这个名称与铝电解电容有关，铝电解电容使用固体导电聚合物作为电解质材料，而不是液体电解质。通常，它们在高温下比类似的液体电解质器件表现出更好的稳定性，更低的ESR和更好的寿命，尽管可用性受限于相对较低的电容和额定电压，并且给定电容和额定电压的器件成本明显高于类似的液体电解质类型。
不锈钢外壳
具有此名称的器件采用坚固耐用的不锈钢外壳设计，能够承受电容内外之间高于典型的压差。这允许在比大多数其他器件更低的大气压下运行，并且由于能够减轻电解质损失，允许更长的预期使用寿命。通常情况下，这些器件也相当昂贵。