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.