CH245180A - Galvanic element. - Google Patents

Galvanic element.

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CH245180A
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galvanic element
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Aluminium-Industrie-Aktien-Ges
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Aluminium Ind Ag
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04Cells with aqueous electrolyte

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Description

       

  Galvanisches Element.    Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf ein galvanisches Element, dessen negative  Elektrode aus Magnesium oder     Magnesium-          legierung    mit mindestens 50 Prozent Magne  sium besteht.  



  Da das Magnesium nach der elektroly  tischen Spannungsreihe     um    etwa 0,6 V un  edler     ist    als Zink, liegt es nahe, letzteres  Metall, das in den     bekannten    Elementen  meist verwendet ist, durch Magnesium zu er  setzen.     Deshalb    sind     sichon    viele Vorschläge  zur Herstellung von     Magnesiumelementen    ge  macht worden.

   Eine grosse Schwierigkeit be  steht jedoch darin, einen Elektrolyt zu fin  den, der einerseits die     Magnesiumelektrode     aktiviert, so dass man eine möglichst hohe  Spannung erhält, jedoch     anderseits    das Magne  sium, solange dem Element kein Strom ent  nommen wird, praktisch nicht angreift, so  dass das Element lagerfähig ist.

   Das galva  nische Element gemäss der     Erfindung    zeich  net sich dadurch aus, dass der Elektrolyt min  destens 5 Prozent, vorzugsweise mehr als 10  Prozent,     Natriumpersulfat,    mindestens 2 Pro-         zent,    vorzugsweise 4 bis 12 Prozent, Natrium  sulfat und 0,02 bis 1,5     Prozent        Anionen    mit  sechswertigem Chrom enthält und dass das       pl,    (Mass für die     Wasserstoffionen-Konzentra-          tion)    zwischen 0,5 und 7 liegt.

   Der Elektro  lyt kann an     Natriumpersulfat    gesättigt sein  und noch     Kristalle    von     Natriumpersulfat    ent  halten. Das     pg    beträgt     zweckmässigerweise     0,8 bis     ä.     



  Als positive Elektrode kann man beispiels  weise Kohle verwenden     und    sie mit einer       Depolarisationsmischung    umgeben, ähnlich,  wie bei den bekannten Trockenbatterien.  



  Die Verwendung von     Persälzen,    insbe  sondere von     Kaliumpersulfat,    in Kombina  tion mit Sulfaten, wurde schon empfohlen;  aber niemand konnte     vermuten,    dass sich die  entsprechenden Natrium-salze, die nicht er  wähnt wurden, viel     besser    zur Herstellung  eines Elektrolyts     eignen    als die Kalium-,       Magnesium:-    oder     andern        Persulf        ate    und Sul  fate. Verwendet man die     Natriumsalze,    so  kann man die Spannung um 20 bis 25 Pro  zent steigern im Vergleich zu einem Element      das die     galziumsalze    enthält.

   Dieses Ver  halten ist wirklich überraschend, da sich be  kanntlich sonst Natrium- und     Kaliumsalze     derselben Säure in ihrem chemischen Verhal  ten nur wenig unterscheiden.  



  Damit der Elektrolyt das Magnesium  nicht zu stark angreift, ist es notwendig,  ihm in an sich bekannter Weise ein korro  sionshemmendes Salz mit Anionen, die     6wer-          tiges    Chrom enthalten, z. B. ein     Chromat        und/     oder ein     Dichromat,    zuzusetzen. Am einfach  sten gibt man     Kaliumdichromat    in einer sol  chen Menge zu, dass die Konzentration der  6wertiges Chrom enthaltenden Anionen zwi  schen 0,02 und 1,5 Prozent, vorzugsweise  zwischen 0,05 und 0,5 Prozent liegt.  



       Weiterhin    ist dafür zu sorgen, dass der  Elektrolyt nicht zu sauer ist, da sich ein  hoher Säuregrad ungünstig auf die Bestän  digkeit des Magnesiums auswirkt. Man stellt  z. B. durch Zugabe von     Natriumhydroxyd     den gewünschten Säuregrad ein.  



  Nach einer weiteren Ausbildung der Er  findung kann das Magnesium nach an sich       bekannten    Verfahren mit einer oberflächli  chen Schutzschicht versehen sein.     Unerwar-          teterweise    setzt z. B. eine     chromathaltige     Schutzschicht (erzeugt in einem Salpeter  säure-Chromsäurebad) die Spannung nicht we  sentlich herab, sondern in gewissen Fällen  sogar herauf. Der Schutz der negativen Elek  trode gegen den Angriff des Elektrolyts bei  offenem Stromkreis ist damit bedeutend ver  bessert.  



  Elemente, die auf die beschriebene Weise  hergestellt sind, zeigen Anfangsspannungen       bis    2,7 V bei offenem Stromkreis und von  ca. 2,2 V bei Belastung mit einem Wider  stand von 20 Ohm (ungefähr einer Taschen  lampenbirne entsprechend). Die Spannungen  sind also um mehr als 50 Prozent höher als  die     der    bekannten Zinkelemente. Es ist  daher ohne weiteres möglich, beispielsweise  eine     Batterie    von nominell 4 V (Anfangs  spannung     etwa    4,5 V) aus nur zwei Elemen  ten     herzustellen,    statt aus drei wie bisher.  Die Vorteile eines solchen Verfahrens (bedeu-         tende    Material- und Zeitersparnis) sind leicht  einzusehen.  



  Ein guter Elektrolyt wird beispielsweise  folgendermassen hergestellt: 200 g Natrium  persulfat, 60g Natriumsulfat, 2 g Natrium  hydroxyd und 5 g     Kaliumdichromat    werden  in 1     Liter    Wasser aufgelöst. Die Lösung darf  nicht über etwa 30  erwärmt werden.

   Das       pR    beträgt etwa 2.     Unter    Verwendung einer  negativen Elektrode aus     einer    Magnesium  legierung mit 2 Prozent Mangan, deren Ober  fläche in einem     Salpetersäure-Chromsäurebad     behandelt worden war, und einer positiven  Elektrode, die aus einem von einer aus  Braunstein, Russ und Graphit zusammenge  setzten     Depolarisationsmasse    umgebenen Koh  lenstift bestand, wurde bei einer Batterie aus  2 Elementen eine Anfangsspannung von 4,9       bei    offenem Stromkreis und von 4,1 V bei  Belastung mit einer     Taschenlampenbirne    er  halten.  



  Selbstverständlich ist es auch möglich,  mit dem beschriebenen Elektrolyt und Ma  gnesium als     negativer    Elektrode Trockenele  mente und Trockenbatterien herzustellen.



  Galvanic element. The present invention relates to a galvanic element, the negative electrode of which is made of magnesium or magnesium alloy with at least 50 percent magnesium.



  Since magnesium is about 0.6 V less noble than zinc according to the electrolytic voltage series, it makes sense to replace the latter metal, which is mostly used in the known elements, with magnesium. Therefore, many proposals have been made for the production of magnesium elements.

   However, there is a great difficulty in finding an electrolyte that on the one hand activates the magnesium electrode so that the highest possible voltage is obtained, but on the other hand practically does not attack the magnesium as long as no current is drawn from the element, so that the element can be stored.

   The galvanic element according to the invention is characterized in that the electrolyte contains at least 5 percent, preferably more than 10 percent, sodium persulfate, at least 2 percent, preferably 4 to 12 percent, sodium sulfate and 0.02 to 1, 5 percent contains anions with hexavalent chromium and that the pl (measure for the hydrogen ion concentration) is between 0.5 and 7.

   The electrolyte can be saturated with sodium persulfate and still contain crystals of sodium persulfate. The pg is conveniently 0.8 to e.



  As a positive electrode you can use, for example, carbon and surround it with a depolarization mixture, similar to the known dry batteries.



  The use of persalts, especially potassium persulfate, in combination with sulfates, has already been recommended; but nobody could suspect that the corresponding sodium salts, which were not mentioned, are much better suited for the production of an electrolyte than the potassium, magnesium: - or other persulfates and sulfates. If you use the sodium salts, you can increase the voltage by 20 to 25 percent compared to an element that contains the galcium salts.

   This behavior is really surprising, since it is known that sodium and potassium salts of the same acid differ only slightly in their chemical behavior.



  So that the electrolyte does not attack the magnesium too strongly, it is necessary in a manner known per se a corrosion-inhibiting salt with anions that contain 6-grade chromium, e.g. B. a chromate and / or a dichromate to add. The simplest way is to add potassium dichromate in an amount such that the concentration of the anions containing hexavalent chromium is between 0.02 and 1.5 percent, preferably between 0.05 and 0.5 percent.



       Furthermore, it must be ensured that the electrolyte is not too acidic, as a high degree of acidity has an unfavorable effect on the resistance of the magnesium. One places z. B. by adding sodium hydroxide the desired degree of acidity.



  According to a further embodiment of the invention, the magnesium can be provided with a surface protective layer by methods known per se. Unexpectedly, z. B. a chromate-containing protective layer (generated in a nitric acid-chromic acid bath) the voltage not we significantly down, but in certain cases even up. The protection of the negative electrode against attack by the electrolyte when the circuit is open is thus significantly improved.



  Elements that are manufactured in the manner described show initial voltages of up to 2.7 V with an open circuit and of about 2.2 V when loaded with a resistance of 20 ohms (roughly equivalent to a pocket lamp bulb). The tensions are therefore more than 50 percent higher than those of the known zinc elements. It is therefore easily possible, for example, to produce a nominally 4 V battery (initial voltage around 4.5 V) from just two elements instead of three as before. The advantages of such a process (significant material and time savings) are easy to see.



  A good electrolyte is produced as follows, for example: 200 g sodium persulfate, 60 g sodium sulfate, 2 g sodium hydroxide and 5 g potassium dichromate are dissolved in 1 liter of water. The solution must not be heated above about 30.

   The pR is about 2. Using a negative electrode made of a magnesium alloy with 2 percent manganese, the surface of which had been treated in a nitric acid-chromic acid bath, and a positive electrode made of one of one of manganese dioxide, carbon black and graphite Depolarization mass surrounded Koh lenstift, an initial voltage of 4.9 with an open circuit and 4.1 V when loaded with a flashlight bulb was maintained in a 2-element battery.



  Of course, it is also possible to use the described electrolyte and magnesium as the negative electrode to produce dry elements and dry batteries.


    

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Galvanisches Element mit negativer Elek trode aus Magnesium oder Magnesiumlegie- rung mit mindestens 50 Prozent Magnesium, dadurch .gekennzeichnet, dass der Elektrolyt mindestens 5 Prozent Natriumpersulfat, min destens 2 Prozent Natriumsulfat und 0,02 bis 1,5 Prozent Anionen mit sechswertigem Chrom enthält, und dass sein pg zwischen 0,5 und 7 liegt. UNTERANSPRÜCHE: 1. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt mindestens 10 Prozent Natrium persulfat enthält. PATENT CLAIM: Galvanic element with negative electrode made of magnesium or magnesium alloy with at least 50 percent magnesium, characterized in that the electrolyte contains at least 5 percent sodium persulfate, at least 2 percent sodium sulfate and 0.02 to 1.5 percent anions with hexavalent chromium and that its pg is between 0.5 and 7. SUBClaims: 1. Galvanic element according to patent claim, characterized in that the electrolyte contains at least 10 percent sodium persulfate. 2. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass! der Elektrolyt an Na triumpersulfat gesättigt ist und noch Kri stalle von Natriumpersulfat enthält. 3. Galvanisches Element nach Patentan- sprueh, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zwischen 4 und 12 Prozent Na triumsulfat enthält. 4. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zwischen 0,05 und 0,5 Prozent Anionen mit sechswertigem Chrom enthält. 2. Galvanic element according to claim and dependent claim 1, characterized in that! the electrolyte is saturated with sodium persulfate and still contains crystals of sodium persulfate. 3. Galvanic element according to patent application, characterized in that the electrolyte contains between 4 and 12 percent sodium sulfate. 4. Galvanic element according to patent claim, characterized in that the electrolyte contains between 0.05 and 0.5 percent anions with hexavalent chromium. 5. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Chromat enthält. 6. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Dichromat enthält. 7. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt sowohl .ein Chromat als auch ein Dichromat enthält. B. 5. Galvanic element according to claim, characterized in that the electrolyte contains a chromate. 6. Galvanic element according to claim, characterized in that the electrolyte contains a dichromate. 7. Galvanic element according to patent claim, characterized in that the electrolyte contains both .ein chromate and dichromate. B. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnesium.elektrode mit einer Schutzschicht versehen ist. 9. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schutzschicht eine chro- mathaltige ist. 10. Galvanisches Element nach Patentan- spruch, dadurch gekennzeichnet, dass es eine solche Spannung liefiert, dass zwei derartige Elemente genügen, um eine Batterie von min destens 4 V Anfangsspannung zu bilden. Galvanic element according to patent claim, characterized in that the magnesium electrode is provided with a protective layer. 9. Galvanic element according to claim and dependent claim 8, characterized in that the protective layer is a chromate-containing one. 10. Galvanic element according to claim, characterized in that it supplies such a voltage that two such elements are sufficient to form a battery of at least 4 V initial voltage.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0155963A1 (en) * 1983-09-28 1985-10-02 Acr Electronics, Inc. Battery cell with improved capacity, open circuit voltage and start-up time
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