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Meerwasserbatterie
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Wenn eine solche Batterie in einem geeigneten Elektrolyten wie z. B. Meerwasser eingetaucht ist, zir- kuliert der Elektrolyt durch den von den Glasperlen geschaffenen Raum und veranlasst die Zellenarbeit.
Sofern beabsichtigt ist, die vorgenannten Zellen bei hohen Stromdichten arbeiten zu lassen, ist eine kon- tinuierliche Elektrolytzirkulation erforderlich, um die gebildete Wärme und die Magnesiumverbindungen - abzuführen, die im Elektrolyten gebildet sind und die sich leicht auf den Anoden in einer unlöslichen nichtleitenden Form ablagern.
Damit ein unzulässiger Widerstandsverlust im Elektrolyten vermieden wird, ist es vorteilhaft, den
Abstand zwischen den Elektroden, der von den Glasperlen gegeben ist, auf einem Mindestmass zu halten.
Für die betrachtete Batterie wurde festgestellt, dass ein Abstand in der Grössenordnung von 0,038 mm 0 wünschenswert ist. Auf Grund dieses geringen Abstandes der im wesentlichen relativ grossen Elektroden- flächen entgegengesetzter Polarität und der Gefahr ihrer Berührung an ihren Rändern ist bereits vorgeschla- gen worden, die Ränder der Magnesium- und Silberfolien zusammen mit Isolierstreifen zu umwickeln.
Trotzdem blieben diese Batteriearten bei der Entladung gegenüber dem erwarteten Kapazitätswert zurück und nach etwa 7,5 min waren Spannung und Strom unregelmässig. Nach dem Auseinandernehmen der Batterien wurde beobachtet, dass jede Zelle in allen Batterien mit Schlamm verbacken war. Darüber hinaus zeigte eine sorgfältige Untersuchung der Zellenrückstände in den Batterien, dass Schlamm an den
Rändern des Isolierstreifens an den Austrittsenden jeder Zelle beträchtlich abgelagert war. Die Ablage- rungsmengen variierten zwischen unbedeutenden Mengen bis hin zu der vorgenannten vollständigen Ver- backung.
Dieses Verbacken würde den Wasserfluss verringern, die Magnesiumelektroden würden anfangen zu polarisieren, so dass die einzelnen Zellenspannungen abnehmen. Schliesslich würde der Elektrolyt bei vollständigem Verbacken im wesentlichen von den Zellen verdrängt und der Zellenwiderstand würde stei- gen.
Der Ursprung des Schlammes ist offensichtlich ; während der Entladung reagiert Magnesium unter Bil- dung von begrenzt löslichen Salzen, die sich daher nur zum Teil auflösen. Weiterhin reagiert metallisches
Magnesium mit Wasser unter Bildung von Magnesiumhydroxyd, welches in der Regel völlig unlöslich ist.
Die Ränder der Isolierung bilden ersichtlich eine Barriere, gegen die der Schlamm aufgehäuft wird. Doch ist diese Barriere nur 0,05 mm hoch und offenbar nicht hoch genug, um durch die Schlammablagerung derart störend zu wirken, wie es vorstehend dargelegt ist. Die Silberchloridplatte der vorgenannten Art steht bis zu einer Linie vor, die im wesentlichen der inneren Kante der Isolierung gegenüberliegt, aber in der Regel leicht über diese Linie hinausragt, wie Fig. 3 zeigt. Die Barriere wird hiedurch auf folgende Art und Weise gebildet :
Beim Entladevorgang wird das Magnesium in Magnesiumchlorid und Magnesiumhydroxyd umgewandelt. Da diese Verbindungen vom Flüssigkeitsstrom mitgenommen werden, fällt die Fläche des Magnesiums ein, so dass die Höhe der Barriere zunimmt.
Infolge der Möglichkeit einer Zunahme der Strömungsdichte an den Rändern der Isolierungsstreifen kann das Magnesium tatsächlich im Bereich der Isolierungsbänder ausgefressen werden, so dass die Wirkung der Barriere zunimmt (s. Fig. 3a) :
Als sekundärer Effekt kann auch der Wasserstrom von der Fläche der Magnesiumplatte in den Bereich der benachbarten Barriere abgelenkt werden. Daher ist die Zufuhr von neuem Wasser unmittelbar neben der Barriere verringert, so dass die Bildung von Salzen beim Prozess zunimmt, die sich als Schlamm ablagern und an den Stellen der Bildung zurückbleiben.
Zur Beseitigung der Schwierigkeiten wird vorgeschlagen, dass in den Randbereichen an der Elektrolytausflussseite der Elektroden die aktive Oberfläche der zweiten Elektrode einen kleineren Umfang hat als die aktive Oberfläche der korrodierbaren Elektrode. Dadurch wird erreicht, dass die Barriere, die aus dem Rand des Bandes und der sich bei der Absonderung von Magnesium während der Entladung ergebenden Aus- nehmung besteht, in ihrer Höhe verringert ist. Die beiden Absätze, die vom Isolierungsband und von dem Bereich, in dem Magnesium abgetragen wird, gebildet werden, decken sich nicht, weshalb die Neigung zur Schlammablagerung an den beiden voneinander getrennten Stufen wesentlich niedriger als an den kombinierten Stufen sein wird.
Wenn die Silberchloridplatte über den Rand des Isolierbandes hinausragt, wird die Stromdichte zwischen den Platten am Rand des Bandes grösser sein, wie Fig. 3 zu-erkennen gibt.
Ist aber der Rand des Reaktionsbereiches von dem Band verlegt, wie es beim Versetzen der Silberchloridplatte der Fall ist, wird die Stromdichte mm Bandrand niedriger sein als an der restlichen Plattenfläche. In vorteilhafter Weise neigt die Abtragung zur Abrundung der Ränder, so dass eine Schlammablagerung ausgeschlossen wird. Es wurden zwei Batterien mit derart versetzt angeordneten Silberchloridplatten hergestellt. Nach der Entladung wurden diese Batterien auseinandergenommen und geprüft. Eine Ablagerung von Schlamm am Rande des Reaktionsteils und im wesentlichen an den Randteilen des Isolierbandes
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war nicht festzustellen, was bestätigt, dass das Versetzen technisch bedeutsam ist.
Dies zeigt auch, dass die Bandränder allein kein bedeutendes Strömungshindernis zur Schlammablagerung bilden.
Eine erfindungsgemäss ausgestaltete Meerwasserbatterie ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Sie besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 2 mit einem oberen abnehmbaren Deckel 4 und einem unteren abnehmbaren Deckel 6. Für den Gebrauch werden die Deckel 4 und 6 abgenommen, um ein Durchfliessen des Meerwassers durch die Batterie in einer weiter unten beschriebenen Art und Weise zu erlauben.
Die Batterie 1 ist mit zwei negativen Endplatten 12 und 12'ausgerüstet, die an den beiden Batterieenden angeordnet und miteinander durch eine negative Sammelschiene 14 verbunden sind. Eine einzelne positive Platte 16 ist zwischen den negativen Platten 12 und 121 angebracht und an eine positive Sammelschiene 18 angeschlossen.
Die Batterie 1 enthält weiterhin eine grössere Anzahl von Elektrodenplatten 20, die weiter unten näher beschrieben sind, von denen jede zwei gerade Randteile 22 und 22t sowie zwei runde Randteile 24 und 241 besitzt. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist eine keramische Masse 26 zur Ummantelung der runden Randteile der Batterieplatten vorgesehen, während die geraden Randteile 22 und 22'und der Raum zwischen den Platten an diesen Stellen offen gelassen wird, so dass Meerwasser zwischen die Platten strömen kann. Die keramische Masse 26 dient dazu, die Batterieplatten 20 gegenüber der inneren zylin-
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Die Einzelheiten der Batterieplatten 20 sind am besten in Fig. 4 zu sehen. Jede Platte 20 besteht aus einem Silberchloridplättchen 28, dessen Oberfläche zur Aufnahme eines metallischenSilberüberzuges vor- bereitet ist, einer mittleren Silberfolie 30 und aus einem Magnesiumplättchen 32. Sowohl die Silberfolie
30 als auch das Magnesiumplättchen 32 erstrecken sich seitlich über die Ränder des Silberchloridplättchens. Eine grössere Anzahl aus Glas oder einem andern geeigneten nichtleitenden Material bestehende Perlen (in der Zeichnung nicht dargestellt) sind in der Oberfläche der Silberplättchen 28 gleichmässig verteilt eingebettet, so dass sie nach oben hervorstehen.
Sie dienen dazu, die Batterieplatten 20 in einem bestimmten Abstand voneinander zu halten, so dass horizontale Kanäle 36 gebildet werden, durch welche das Meerwasser strömen kann.
DieSilberchloridplättchen 28 sind auch mit einer grösseren Anzahl in der Zeichnungnichtdargestell- ter Löcher versehen, die vom Kopf zur Bodenfläche reichen, die von diesen Löchern gebildeten Flächen sind ebenfalls zur Einrichtung mit Silberlagen ausgestaltet, die die oberen und unteren bearbeiteten Flächen der Silberchloridplatten elektrisch verbinden.
Die ganze Peripherie der Platte 20 ist mit einem Isolierband 40 versehen, welches sowohl die Silberfolie 30 als auch die Magnesiumschicht 32 einfasst. Hiedurch sollen Kurzschlüsse im Bereich der Plattenränder verhütet werden. Das ausgestaltete Si1berchloridplättchen dient als positive Platte für eine Zelle von Meerwasserbatterien, während die Magnesiumplättchen die negativen Platten darstellen. Die Silberfolie 30 hat eine doppelte Funktion, u. zw. wirkt sie sowohl wie ein Separator zwischen den Batteriezellen wie auch als Sammler und Leiter für den Strom von der negativen Platte einer Zelle (Magnesiumplättchen) zur positiven Platte der nächsten Zelle (Silberchloridplättehen). Äussere Drähte oder Bügel zur Leitung des Stromes von einer Zelle zur andern entfallen.
Wie Fig. 4 zeigt, ist das Silberchloridplättchen 28 jeder Doppelplatte an dem Rand derart verkürzt, dass dieser mit Zwischenraum innen vor der inneren Kante des Isolierbandes angeordnet ist. Diese Anordnung ist jedoch nur an der Wasserausflussseite der Platte notwendig, da dies der Bereich ist, in dem das Anbacken feststellbar ist. Wenn auch dieser Abstand für die Praxis nicht kritisch ist, wird es als zweckmässig erachtet, das Silberchloridplättchen von der inneren Kante des Isolierbandes in einem Abstand von etwa 3,2 mm zu halten.
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gegen die Entladezeit aufgetragen ist. Kurve III Ist die Entladekurve für die ältere Ausführung und Kurve IV zeigt die Entladekurven der Konstruktion, die der Erfindung entspricht.
Aus diesen Kurven ist zu entnehmen, dass bei der älteren Ausführung nach etwa 6,5 min Entladung die Spannung stark abfällt und schwankt. Im Gegensatz hiezu zeigt die Kurve IV der erfindungsgemässen Ausführung einen gleichmässigen Verlauf nach 6,5 min Entladezeit.
Andere Mittel zur Verhütung der Schlammabsonderung, die den Elektrolytfluss durch die Batterie behindern würde, sind :
1. Entfernung des Isolierbandes am Austrittsende der Platte (dies würde die Isolierung des Silber-
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chlorids an der Aussenseite der bipolaren Platte zwecks Vermeidung einer Entladung notwendig machen).
2. Ablagerung einer Isolierung oder eines geeigneten Klebers, z. B. eines Kunststoffklebers am Aussenrand der Silberchloridplatte. Dies würde in Wirklichkeit die Silberchloridplatte verkürzen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Meerwasserbatterie mit wenigstens einer mit dem Elektrolyt korrodierbaren, insbesondere einer magnesiumhaitigen Elektrode, welche mit dem Elektrolyten Schlammabsonderungen bildet und wenigstens einer zweiten Elektrode von entgegengesetzter Polarität, insbesondere aus Silberchlorid, die von der korrodierbaren Elektrode in einem bestimmten Abstand angeordnet ist, um die Elektrolytflüssigkeit durchströmen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Randbereichen an der Elektrolytausflussseite der Elektroden die aktive Oberfläche (28) der zweiten Elektrode einen kleineren Umfang hat als die aktive Oberfläche der korrodierbaren Elektrode (32).