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Verfahren und Anordnung zum elektrochemischen Speichern elektrischer
Informationseinheiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung
zum Speichern elektrischer Informationseinheiten. In der Rechenmaschinen- und Nachrichtentechnik
ist es bereits bekannt, elektrische Informationseinheiten für spätere einmalige
oder mehrmalige Auswertung in Relais und Magnetkernen oder nach dem Magnetband-
und Magnettrommelverfahren aufzuspeichern. Alle heute üblichen Verfahren sind jedoch
infolge langwieriger Herstellungsprozesse der Speichereinrichtung (Magnetkernspeicher)
oder der Verwendung mechanisch bewegter Teile hoher Präzision (Relais, Magnetkern
und Magnettrommelspeicher) sehr kostspielig. Ein weiterer Nachteil muß darin gesehen
werden, daß die den bisher üblichen Speichern entnommene Information als Folge ihrer
geringen elektrischen Größe erst nach großer Verstärkung verwertbar ist.
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Es ist nun weiterhin bekannt, elektrische Informationseinheiten elektrochemisch
zu speichern. Hierbei werden Akkumulatoren als Speicherelemente verwendet. Diese
Akkumulatoren sind als Speicher wenig geeignet, weil sie vom Standpunkt der Starkstromtechnik
aus entwickelt wurden. Sie sind in erster Linie auf hohen Wirkungsgrad gezüchtet,
d. h., die Ladung und Entladung soll mit geringen Verlusten vor sich gehen. Dieser
Gesichtspunkt spielt tatsächlich aber eine untergeordnete Rolle, weil man die gespeicherte
Spannung immer hochohmig abfragen wird, d. h., man wird bei der Abfrage so wenig
Energie wie möglich entziehen. Andere Fragen, wie Dauerhaftigkeit des gespeicherten
Zustandes, leichte Zugänglichkeit, leichte Erkennbarkeit des Speicherzeichens und
geringer Preis, sind von viel größerer Bedeutung. Weiterhin ist der Akkumulator
der Starkstromtechnik nur immer mit einer bestimmten Polarität verwendbar, was als
Nachteil angesehen werden muß. Auch die bekannten Speicherakkumulatoren sind durch
die gleiche Eigenschaft negativ ausgezeichnet. Man kann diese vorbekannten Akkumulatoren
mit den bekannten Edisonakkumulatoren vergleichen. Sie bestehen beispielsweise aus
einem Netz von sich kreuzenden Eisen- und Nickeldrähten, an deren Kreuzungsstellen
Tröpfchen Kalilauge aufgebracht sind. Nach Formierung ergäbe sich ein Gebilde mit
einer Vielzahl einzelner Zellen, die je nach dem Zustand der Ladung oder Entladung
eine verschieden starke Spannung aufweisen, aber nicht eine Spannung, die im wesentlichen
unabhängig von dem Grad der Ladung oder Entladung ist.
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Erfindungsgemäß erfolgt hingegen die Speicherung durch reversible
Erzeugung einer polarisierenden Wasserstoff- bzw. Sauerstoffhaut auf zwei in einem
Elektrolyten befindlichen, ein Speicherelement bildenden Elektroden aus gleichem
Material, mittels eines an die beiden Elektroden gelegten, keine chemische Elektrodenumsetzung
hervorrufenden Spannungsimpulses.
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Der erfindungsgemäße Speicher hat völlig symmetrisch, je nach dem
Vorzeichen der Information, eine positive oder eine negative Polarität. Der Polaritätsgrad
ist praktisch unabhängig von der Ladung, wenn nur eine gewisse Grenze erreicht ist.
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Konstruktiv sind die Speicherelemente der Erfindung gegenüber den
vorbekannten elektrochemischen Informationsspeichern dadurch verschieden, daß ihre
Elektroden aus dem gleichen Material bestehen. Verfahrensmäßig besteht der Unterschied
darin, daß keine chemische Umsetzung der Elektroden beim Speicherprozeß erfolgt,
sondern auf den Elektroden reversibel nur eine Wasserstoffhaut bzw. Sauerstoffhaut
durch die die Information tragenden Impulse erzeugt wird.
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Damit entfallen aber auch weitere Nachteile der vorbekannten elektrochemischen
Speicherelemente, nämlich deren große Lade- und Entladezeit. Versuche haben erwiesen,
daß mit Stromimpulsen von etwa 30 mA die Schreibzeit etwa 10 ,sec beträgt, das ist
also etwa 100mal so schnell wie die Schreibzeit der vorbekannten elektrochemischen
Speicher.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Prozesse sind folgende:
Nimmt man z. B. zwei Leiter aus Eisen (oder auch Nickel, Tantal oder Platin) und
taucht diese in einen geeigneten Elektrolyten, z. B. in eine Lösung von verdünnter
Schwefelsäure, so hat ein solches Gebilde nach außen hin völlig neutrale Eigenschaften.
Dieser Zustand ändert sich jedoch, wenn man kurzzeitig einen elektrischen Strom
durch das Gebilde fließen läßt. An den Elektroden bilden sich feinste, nicht sichtbare
Gashäute, eine Wasserstoffhaut an der Kathode und eine Sauerstoffhaut an der Anode.
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Man sagt, die Elektroden werden »elektrochemisch passiv«, und es läßt
sich an ihnen eine Spannung von etwa 1 Volt messen. Die Gashäute haften sehr fest
an den Elektrodenoberflächen und sind mit keinem Mittel zu entfernen, es sei denn,
man schickt einen elektrischen Gegenstrom durch die Anordnung. Dieser bewirkt eine
Aufzehrung der Gashaut. Geht die Umladung über ein bestimmtes Maß hinaus,. so nimmt
die Zelle eine umgekehrte Polarität an, sofern die Elektroden, bzw. die elektrochemisch
wirksamen Elektrodenoberflächen aus gleichem Material, vorzugsweise aus gleichen
Metallen bestehen, die infolge ihres Gefüges besonders geeignet sind, Gase wie Wasserstoff
und Sauerstoff an ihrer Oberfläche zu binden. Es liegt somit eine Speicherzelle
vor, deren Spannung bei gleicher Elektrodenbeschaffenheit nach Wunsch, je nach der
Ladungspolarität verschieden gerichtet sein kann. Hierin ist ein großer technischer
Vorteil zu erblicken. Der Zustand »Ja« und »Nein« wird durch zwei gut unterscheidbare
Zustände, nämlich eine Spannung positiver oder negativer Polarität der Größe 1 Volt
angezeigt, so daß zur Auswertung der dem Speicher entnommenen Information eine Verstärkung
nicht erforderlich erscheint.
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Auf Grund der erfindungsgemäßen Speicherzelle lassen sich Speicher
mit sehr großer Kapazität bauen. Zweckmäßigerweise wird man eine Zeile einer Speichermatrix
n-ter Ordnung so ausführen, daß man für die »n« Speicherelemente einer Zeile eine
gemeinsame stabförmige oder zweckentsprechend gebogene z. B. kreisförmige Elektrode
vorsieht, während in geringem Abstand davon die »n«, z. B. ebenfalls stabförmigen
Gegenelektroden senkrecht dazu angeordnet sind, so daß man ein lineares Speichergebilde
erhält. Man kann das Gebilde nach Reinigung und Entfettung der Oberfläche z. B.
in verdünnte Schwefelsäure tauchen. Diese dringt in die Spalte an den Kreuzungspunkten
der Elektroden und haftet dort infolge kapillarer Wirkung sehr fest. Um das Verdunsten
des Elektrolyten zu vermeiden, kann das ganze Gebilde dann mit einer geeigneten
Schutzschicht z. B. aus Kunststoff, überzogen werden. Für einen definierten Anfangszustand
des Speichers ist es empfehlenswert, das Gebilde bei der Herstellung auf eine bestimmte
Polarität vorzuladen; damit können gleichzeitig unerwünschte Veränderungen der Elektrodenoberflächen
vermieden werden. Nötigenfalls können auch die wirksamen Elektrodenoberflächen durch
entsprechende Behandlung vergrößert werden.
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Fig. 1 und 2 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zeile
des erfindungsgemäßen Informationsspeichers in Grund- und Aufriß. Die erwähnte gemeinsame
Elektrode mit dem Anschluß I' ist dort mit I bezeichnet, während die Gegenelektroden
1, 2 ... n mit den Anschlüssen 1'; 2'; ... , n versehen sind. Gemäß
der Erfindung bilden jeweils die Anschlüsse I' und 1'; I' und 2'; ... ; I'
und n mit dem zwischen den Elektroden I und 1; I und 2; ... ; I und n befindlichen
Elektrolyten II eine Speicherzelle. Selbstverständlich können die Elektroden abgeflacht
sein oder einen anderen sinnvollen, der Konstruktion entsprechenden, z. B. rechteckigen
Querschnitt aufweisen.
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Da die Abmessungen der hier vorgeschlagenen Zellen sehr klein sind,
werden diese bei sehr häufiger Abfrage langsam entladen, auch wenn die Abfrageeinrichtung
einen sehr hohen Eingangswiderstand hat. Dieser Übelstand läßt sich vermeiden durch
Anwendung einer Abfrageeinrichtung, die bei jeder Abfrage die Zelle regeneriert.
Dies geschieht in der Weise, daß der abgefragte Zustand, z. B. verstärkt mit der
jeweils gemessenen Polarität, auf die Zelle zurückgegeben wird. Um eine selbständige
Entladung der längere Zeit nicht abgefragten Speicherzellen zu verhindern, kannreine
Regeneration der wenig beanspruchten Zelle- durch eine in bestimmten Zeitabständen
wiederholte Abfragung aller Zellen ohne Verwendung der entnommenen Information erreicht
werden.
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Der erfindungsgemäße Speicher ist sehr billig, weil er in mechanischer
Hinsicht keine Präzision wie z. B. die heutigen Speicher (Relais, Magnetband, Magnettrommel)
-verlangt. Es lassen sich verschiedenartige Aufbauten herstellen und damit sehr
anpassungsfähige Speicherbauelemente für die Codierung und Decodierung v=on Nachrichten
schaffen.