AT142727B - Galvanisches Element, insbesondere elektrischer Sammler. - Google Patents

Description

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  Galvanisches Element, insbesondere elektrischer Sammler. 



   Um aus Akkumulatorenzellen den nach Ladung durch Nachgasung entweiehenden Wasserstoff und Sauerstoff zu binden und als Wasser in die Zellen zurückzuführen, ist vorgeschlagen worden, diese Gase durch Katalysatoren, die der Platingruppe angehören, zu verbrennen. 



   Auf diesem Wege ist eine Verbrennung immer mit der Gefahr der Entzündung, also explosionsartiger Vereinigung, verbunden und die Gasmengen können stets nur im äquimolekularen Verhältnis verbrannt werden (Döbereiners Feuerzeug). Ein solches liegt aber bei der Nachgasung praktisch niemals vor. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Gase auf elektrochemischem Wege zu beseitigen bzw. sie katalytisch zu vereinigen. 



   Dieser Weg erfordert sehr grosse Oberfläche des Katalysators, die schlecht zu beschaffen ist, da eine Gaskette, die den Wasserstoff und Sauerstoff ionisiert und beide in den Elektrolyten   zurückführt,   nur an der Berührungsstelle von Gas und Elektrolyt wirksam sein kann. 



   Bei dem galvanischen Element, insbesondere elektrischen Sammler, nach der Erfindung mit flammenloserVerbrennung der bei Stromentnahme bzw. beim Stehen im stromlosen Zustande entstehenden Gase werden diese Nachteile dadurch behoben, dass einerseits oxydierend und anderseits reduzierend wirkende chemisch aktive Körper im wesentlichen ohne lonenreaktion mit dem Elektrolyten unter Bildung chemischer Verbindungen die Gase absorbieren. Gemäss der Erfindung entstehen zweckmässig bei der Absorption der Gase solche Verbindungen, welche durch Elektrolyse wieder in das Ausgangsmaterial zurückverwandelt werden können. Vorteilhaft ist es auch, die zur Absorption gelangenden Gase durch Katalysatoren zu aktivieren, welche vorzugsweise in fein verteiltem Zustande in den chemisch aktiven Körpern enthalten und insbesondere in Form von Lösungen einverleibt sind. 



   Am besten eignen sich zu dieser Absorption der Gase die positiven und negativen Massen des Akkumulators selber unter   eventuellem   Zusatz von Katalysatoren, da so am einfachsten die Bedingung erfüllt wird, die aufgebrauchte Oxydations-und Reduktionsenergie bei der Aufladung wieder zu regenerieren. Zu diesem Zwecke gestaltet man die chemisch aktiven Körper elektrodenförmig und versieht sie mit Stromzuführungen. Man kann daher auch die aktiven Körper in Form von Hilfselektroden anordnen, u. zw. derart, dass diese Hilfselektroden aus dem Elektrolyten herausnehmbar sind. Man kann aber auch die Hauptelektroden des galvanischen Elementes in ihren oberen Teilen als Absorptionskörper ausbilden. Immer ist dafür zu sorgen, dass während der Zeit der Gasbildung und gleichzeitigen Absorption die Absorptionskörper aus dem Elektrolyten herausragen, was z.

   B. dadurch bewirkt werden kann, dass man dem Sammler nach Ladung Elektrolyt entnimmt und vor Aufladung wieder   einfüllt.   



  Auch ohne künstliche Änderung des Elektrolytspiegels kann eine Aufladung bzw. Regeneration der Absorptionskörper bewirkt werden, u. zw. dadurch, dass die Elektroden bzw. deren als Absorptionskörper ausgebildete Teile schon vor der Ladung aus dem Elektrolyten herausragen und infolge der kapillaren Aufsaugung des Elektrolyten zugleich mit den Hauptelektroden aufgeladen werden. 



   Am einfachsten gestaltet sich die Absorption des Sauerstoffes, da dieser auch im molekularen Zustande die feuchte hochdisperse Masse mit ziemlicher Reaktionsgeschwindigkeit oxydiert. Man ist daher in der Lage, durch aus dem Elektrolyten herausragende geladene, d. h. zu Metall reduzierte negative Elektrodenplatten den durch Nachgasung aus den positiven Platten entweichenden Sauerstoff zu binden. 



    Bei Sammlern mit nicht oder unbedeutend nachgasenden Negativen kann diese Massnahme allein genügen, um sie nach Ladung verschliessen zu können.   

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   Für alkalische Akkumulatoren kann man Absorptionselektroden mit Katalysatorzusatz z. B. dadurch herstellen, dass man in der aktiven Masse diesen fein verteilt, dass man dünne Massebriketts 
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 Abscheidung bringt. 



   Als Katalysator für die negative Hilfselektrode hat sich Platin als besonders geeignet erwiesen, als Katalysator für die positive Hilfselektrode ist Palladium sehr wirksam. In vielen Fällen, insbesondere beim alkalischen Akkumulator, ist es   zweckmässig,   die aus dem Elektrolyten herausragende negative Masse für sich allein zu aktivieren. Man kann dies dadurch erreichen, dass man die Masse ausser mit dem Trägermaterial noch mit Kontaktmasse, u. zw. Metallen der Platinreihe, in direkten Kontakt bringt. 



  Es hat sich gezeigt, dass ganz ausserordentlich geringe Mengen solcher Kontaktkörper genügen, um das elektrochemisch aktive Metall der negativen Masse für die Bindung des gasförmigen Sauerstoffs zu aktivieren. Eine derartige Elektrode vermag auch Knallgas zu verbrennen. Es wird also an ihr auch Wasserstoff umgesetzt, soweit er gegenüber Sauerstoff im Unterschuss vorhanden ist. 



   Ist das Massemetall sehr elektronegativ, so kann der aktivierende Katalysatorzusatz schon zu einer Oxydation desselben durch den Elektrolyten anregen. In diesem Falle darf das mit dem Katalysator zusammengebrachte Metall nicht das der Masse der aktiven Akkumulatorenelektrode sein, sondern wäre durch ein weniger elektronegatives zu ersetzen. Die Akkumulatorenplatte besteht dann aus zwei Teilen, einem oberen, der aus der Flüssigkeit herausragt und ein elektropositiveres Metall besitzt als der untere Teil. 



   So ist es zweckmässig, dass ein alkalischer Akkumulator, dessen Hauptelektrode aus einer eisenhaltigen Masse besteht, im oberen Teil im Kontakt mit Metall der Platinreihe eine eisenfreie oder eisenarme Kadmiummasse besitzt. 



   Für die Absorption des Wasserstoffes genügt die in den Gasraum hineinragende aktive positive Elektrode ohne Katalysatorzusatz nicht, denn molekularer Wasserstoff ermöglicht ohne weiteres bei gewöhnlicher Temperatur keine Reduktionsprozesse, wird also nicht direkt von den höheren Sauerstoffverbindungen gebunden. 



   Setzt man aber der positiven Masse in der vorstehend beschriebenen Weise Katalysatoren derselben Art zu, so ermöglicht dieser Zusatz die Bindung des Wasserstoffes. 



   Damit die Beseitigung der unerwünschten Gasansammlungen mit genügender Geschwindigkeit erfolgt, ist es, wie oben erwähnt, nötig, dass diese aktiven Absorptionskörper erstens in den Gasraum 
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 der Ladung bzw. während des Betriebes oder beim Stehen in dem Element auftretenden hydro-bzw. aerodynamischen Kräften der Elektrolytspiegel derart verlegt wird, dass die einerseits oxydierend und anderseits reduzierend wirkenden chemisch aktiven Körper während der Ladung mit dem Elektrolyten und im Betriebe oder beim Stehen mit den Gasen in Berührung gelangen. Durch diese   Massnahmen   ist es im ersten Falle möglich, den herausragenden Teil der Elektrode genau dem Bedürfnis an Absorptionsmasse anzupassen, während es im zweiten Falle gelingt, grosse Niveauunterschiede bei Ladung und Entladung bzw. stromlosem Stehen zu erzielen.

   Man hat bereits bei Gasbatterien die Senkung des Elektrolytspiegels mit Hilfe von aerodynamischen, bei der Ladung entstehenden Kräften vorgenommen, um dadurch eine bessere Wirkung der als Depolarisatoren arbeitenden Elektroden zu erzielen. 



   Die in Fig.   l   dargestellte   Ausführungsform   ist für einen Sammler gedacht, dessen negative Elektrode nur unbedeutend   nachgast,   so dass eine Beseitigung von Wasserstoff gar nicht nötig ist. Der Sauerstoff kann dann einfach durch die aktive Masse der nach Senkung des Laugestandes herausragenden negativen Elektrode absorbiert werden, wobei eine besondere Aktivierung dieser Masse durch Metalle der Platinreihe unterbleiben kann. Die negative Elektrode ist daher etwas grösser bzw. höher ausgeführt, damit ihr aktives Material beim Senken des   Laugespiegels   zuerst bzw. allein freigelegt wird und dann absorbierend wirken   kann. :  
An dem Elementbehälter ist ferner ein durch die   Sehraube gasdicht verschliessbarer   Expansionsraum e angesetzt.

   An Stelle der Schraube   t'2   kann auch ein Hahn oder Ventil geeigneter Konstruktion 
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 das dünne Rohr r in Verbindung. 



   Als Expansionsraum kann auch eine federnde Druckdose, ein Behälter mit verschiebbarem Kolben oder ein gefalteter Gummibehälter dienen. 



   Zur Inbetriebnahme wird die   Öffnung   des Expansionsraumes, falls eine solche überhaupt angebracht ist, fest verschlossen und der Elektrolyt etwa bis zum Niveau   er.   eingefüllt. Darauf wird das Element geladen und nach beendeter Ladung bzw. einige Zeit später auch die Füllöffnung des Elementbehälters durch   V1 dicht verschlossen.   



   Wenn nun die positive Elektrode nachgast, d. h. beispielsweise Sauerstoff entwickelt, dann sammelt sich dieses Gas zunächst im Schaumraum s. Es entsteht dort   ein Überdruck,   der den Elektrolyten teil- 

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 weise in den Expansionsraum e   hinüberdrüekt.   Wenn dieser Vorgang so weit vorgeschritten ist, dass etwa das Niveau des Elektrolyten im Sehaumraum   bei b,   im Expansionsraum bei   b1   angelangt ist, dann wird der im Schaumraum vorhandene Sauerstoff von der jetzt freiliegenden negativen Polelektrode absorbiert. Ein weiteres Sinken des Elektrolytspiegels im Schaumraum bzw. ein weiterer Druckanstieg kann dann nicht mehr eintreten, vorausgesetzt, dass die negative Elektrode nur geringfügig nachgast. 



   Wenn das Element wieder aufgeladen werden soll, ist es nur erforderlich, die   Verschlussschraube     VI   zu öffnen. Der Elektrolyt steigt dann wieder annähernd auf das normale Niveau a, so dass eine vollständige Wiederaufladung auch der oberen Teile der negativen Elektrode erfolgen kann. 



   Wenn bei einem derartigen Sammler auch die negative Elektrode   nachgast,   d. h. etwa Wasserstoff liefert, dann führt man beide Elektrodenplatten, positive wie negative, normal, d. h. annähernd gleich gross und hoch aus, so dass beim Sinken des Elektrolytspiegels beide Elektroden in den Gasraum hineinragen und die dort auftretenden Gase absorbieren können. In diesem Falle müssen die oberen Teile der positiven Platten für die Wasserstoffabsorption, wie oben erwähnt, besonders präpariert werden. 



   Eine prinzipiell ähnliche Ausführungsform wie die vorstehend beschriebene ist in Fig. 2 dargestellt. 



  Hier ist der Expansionsraum als äussere Hülle und das Element ausgeführt, wodurch eine gedrungenere Konstruktion erzielt wird. Positive und negative Platten sind gleich gross gehalten. Es ist hier also vorausgesetzt, dass beide Elektroden nachgasen. 



   Fig. 3 stellt ein Element dar, bei welchem der Plattensatz zum Teil in den Gasraum hineinragt und ausserdem von einem oben und unten offenen Mantel umgeben ist. Der Plattensatz ist ausserdem in einem genügend geräumigen Elementbehälter eingebaut. Bei Ladung eines derartig gebauten Sammlers bewirken die an den Platten entstehenden Gasblasen nach dem Prinzip   der"Mammutpumpe"einen   Auftrieb, so dass der Elektrolyt im Innern des Mantels bis zum oberen Rande der Platten ansteigt und dadurch eine Aufladung bzw. Regeneration der als Absorptionskörper wirkenden oberen Taschen erfolgen   kann. Nach der Ladung sinkt dann das Niveau des Elektrolyten, und die gegebenenfalls präparierten oberen Teile der Elektrodenplatten können als Absorptionskörper in Aktion treten.   



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Galvanisches Element, insbesondere elektrischer Sammler mit   ilammenloser   Verbrennung der im Betriebe bzw. beim Stehen im stromlosen Zustande entstehenden Gase, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits oxydierend und anderseits reduzierend wirkende chemisch aktive Körper im wesentlichen ohne lonenreaktion mit dem Elektrolyten unter Bildung chemischer Verbindungen die Gase absorbieren.

Claims (1)

1. 2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Absorption der Gase solche Verbindungen entstehen, welche durch Elektrolyse wieder in das Ausgangsmaterial zurückverwandelt werden können.

   3. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung der zur Absorption gelangenden Gase durch Katalysatoren, welche vorzugsweise in fein verteiltem Zustande in den chemisch aktiven Körpern enthalten und insbesondere in Form von Lösungen einverleibt sind, erfolgt. EMI3.1 aktiven Körper aus der aktiven Masse der positiven und negativen Elektrode des galvanischen Elementes bestehen.

   5. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine bzw. jede Hauptelektrode eine andere Masse als die damit leitend verbundene Absorptionselektrode besitzt.

   6. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper elektrodenförmig gestaltet und mit Stromzuführungen versehen sind.

   7. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper bei Anwesenheit von Katalysatoren sich sowohl in Berührung mit dem Gasraum als auch mit dem Elektrolyten befinden.

   8. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper in Form von Hilfselektroden angeordnet sind.

   9. Galvanisches Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektroden aus dem Elektrolyten herausnehmbar angeordnet sind.

   10. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptelektroden des galvanischen Elementes in ihren oberen Teilen als Absorptionskörper ausgebildet sind und mit diesen Teilen während der Absorption aus dem Elektrolyten herausragen.

   11. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper in perforierte metallische Behälter eingepresst sind, welche mit den Katalysatoren, insbesondere Platin und Palladium, plattiert sind.

   12. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückbildung der chemisch aktiven Körper in das Ausgangsmaterial elektrolytisch erfolgt.

   13. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der während der Ladung bzw. während des Betriebes oder beim Stehen in dem Element auftretenden <Desc/Clms Page number 4> hydro-bzw. aerodynamischen Kräfte der Elektrolytspiegel derart verlegt wird, dass die einerseits oxydierend und anderseits reduzierend wirkenden chemisch aktiven Körper während der Ladung mit dem Elektrolyten und im Betriebe oder beim Stehen mit den Gasen in Berührung gelangen.

   14. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Element ein Expansionsraum angebracht ist, in welchen beim Auftreten eines Überdruckes im Schaumraum der Elektrolyt zum Teil hineingepresst wird, so dass dadurch das gegebenenfalls durch Katalysatoren aktivierte aktive Material der Elektroden des Elementes teilweise freigelegt wird, d. h. in den Schaumraum hineinragt, und die bei der Nachgasung entstehenden Gase absorbieren kann.

   15. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum nur mit dem Elementraum durch ein Loch, Rohr, Hahn oder Ventil in Verbindung steht und sonst allseitig geschlossen ist.

   16. Ausführungsform nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen als Expansionsraum durch Federdruck oder Gewichte komprimierbaren Behälter, z. B. aus Gummi oder Metall (Druckdose), eventuell einen Zylinder mit verschiebbarem, dicht schliessendem Kolben.

   17. Ausführungsform nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsraum mit einem leicht kompressiblen Material, z. B. Luft, Schaumgummi usw., ausgefüllt ist.

   18. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 17, gekennzeichnet durch einen seitlich um den Plattensatz gelegten, oben und unten offenen Mantel, der nach dem Prinzip der Mammutpumpe bei der Ladung durch die an dem Plattensatz entstehenden Gasblasen ein Steigen des Elektrolyten in seinem Inneren bewirkt.

   19. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 18, mit einer nur unbedeutend nachgasenden Hauptelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten dieser Elektrode grösser gehalten sind, daher bei Erniedrigung des Elektrolytspiegels zuerst oder allein in den Gasraum hineinragen und dann die von der nachgasenden Elektrode gelieferten Gase absorbieren.

   20. Galvanisches Element bzw. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 19, gekennzeichnet durch einen gasdichten Verschluss des ganzen Elementes. EMI4.1