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Primärelement mit einem Elektrolyten aus flüssigem Ammoniak Die Erfindung
bezieht sich auf ein Primärelement, welches als Füllelement ausgebildet sein kann,
mit einer negativen Elektrode, einer positiven Elektrode und einem Elektrolyten
und betrifft ein derartiges Element, bei dem der Elektrolyt aus flüssigem Ammoniak
besteht, in dem ein Salz gelöst ist, dessen Kation Ammonium oder ein stark elektropositives
Metall ist.
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Bei gebräuchlichen Elementen wird eine wäßrige :Lösung einer Säure,
einer Base oder eines Salzes als 'Elektrolyt verwendet. Diese Elemente sind unter
üblichen Bedingungen von atmosphärischem Druck und Temperatur brauchbar, und die
meisten dieser Elemente sind lange lagerfähig, ohne daß sie dabei schlechter werden.
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Bei höherer Temperatur während der Lagerung wird jedoch im allgemeinen
die Lagerzeit solcher Elemente vermindert. Durch ein Absinken der Temperatur unterhalb
den Gefrierpunkt werden diese Elemente unbrauchbar. Wesentliche Ursache dafür, daß
die üblichen Elemente bei niedrigen Temperaturen unbrauchbar werden, ist der verwendete
Elektrolyt. Wenn auch bestimmte gelöste Stoffe verwendet werden können, um den Gefrierpunkt
des wäßrigen Elektrolyten zu erniedrigen, ist es immer noch unmöglich, Elemente
mit guten Eigenschaften bei Temperaturen zu erhalten, die sehr weit unter dem Gefrierpunkt
des Wassers liegen. Bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt des Wassers, z.
B. in arktischen Gebieten oder in großen Höhen, arbeitet das übliche, wasserenthaltende
Element nicht mehr.
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Es ist bereits versucht worden, Elemente für den Betrieb bei sehr
niederen Temperaturen dadurch zu erhalten, daß als Elektrolyt eine organische Flüssigkeit,
z. B. Pyridin, Formamid, Methylacetat oder Methanol, verwendet wurde. Die durch
die Verwendung derartiger Elektrolyten erreichten Vorteile waren jedoch gegenüber
den damit verbundenen Nachteilen sehr gering, und derartige Elemente haben niemals
wirtschaftliche Bedeutung erlangt.
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Es sind ferner Elemente mit zwei Elektrolyten bekannt, bei denen das
Elektrolytlösungsmittel flüssiger Ammoniak ist. Bei einem dieser Elemente enthält
die negative Elektrode ein elektropositives Metall. Der zugehörige Elektrolyt enthält
ein in dem flüssigen Ammoniak gelöstes Salz, das Kation dieses Salzes entspricht
dem elektropositiven Metall der ftegativen Elektrode.
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Der der positiven Elektrode zugeordnete Elektrolyt enthält ein Ammonium-
und/oder Metallsalz, das in dem flüssigen Ammoniak gelöst ist, wobei das Metallkation
dieses Salzes ein positives Potential in dem flüssigen Ammoniak entwickelt, das
um wenigstens 0,75 Volt geringer ist als das Potential, das durch das Metall der
negativen Elektrode in dem flüssigen Ammoniak entwickelt wird.
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Ein anderes bekanntes Element enthält eine negative Elektrode, einen
Depolarisator und einen Elektrolyten, der flüssiges Ammoniak enthält, in dem ein
Material gelöst und ionisiert ist, so daß es elektrisch leitend wird, wobei wenigstens
der der negativen Elektrode zugeordnete Elektrolyt Ammoniumionen enthält.
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Es wurde auch bereits ein durch Dampf aktivierbares Element bekannt,
das eine Abteilung enthält mit einer negativen Elektrode, einer positiven Elektrode
und einem Bestandteil des Elektrolyten, der an sich im wesentlichen inaktiv für
eine Erzeugung von Strom mit der negativen Elektrode und positiven Elektrode war.
Es ist eine Anordnung vorgesehen, durch die ein weiterer Bestandteil des Elektrolyten
im Dampfzustand in den Elektrolyten eingeleitet wurde, um mit dem zuerst erwähnten
Teil einen aktiven Elektrolyten zu bilden. Der vorzugsweise im Dampfzustand eingeführte
Bestandteil des Elektrolyten ist Ammoniak, welches das Lösungsmittel in dem gebildeten
Elektrolytsystem darstellt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde,
ein verbessertes, elektrisches Primärelement vom Ammoniaktyp zu schaffen, das eine
größere Aktivität und/oder Kapazität hat.
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Wie bei Elementen mit wäßrigen Elektrolyt systemen bereitet die Polarisation
der positiven Elek-
trode auch bei den Ammoniakelementen. Schwierigkeiten.
Die Verhinderung dieser Erscheinung wird als Depolarisation bezeichnet. Die Depolarisation
kann durch physikalische Mittel erzielt werden, die auf der Fähigkeit des Wasserstoffs
beruhen, durch feste Stoffe zu diffundieren oder durch chemische Mittel, d. h. durch
Verwendung eines in Berührung mit dem Leiter der positiven Elektrode stehenden Materials,
das mit den Polarisationsprodukten reagiert und dadurch deren Bildung verhindert
oder vermindert. Solche bisher für diesen Zweck in Ammoniakelementen verwendeten
Stoffe sind Mangandioxyd und Bleidioxyd. Mit Mangandioxyd und anderen bisher verwendeten
Depolarisatoren treten jedoch Begrenzungen auf, die auf der Einwirkung der Säure
oder der im Elektrolyten gelösten Stoffe auf diese Materialien beruhen.
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Es ist die eigentliche, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein
Primärelement zu schaffen, dessen Elektrolyt einen Depolarisator enthält, bei dem
die geschilderten Begrenzungen nicht gegeben sind. Dies wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß der Depolarisator der positiven Elektrode ein Sulfat eines
Schwermetalls ist, das in der elektrochemischen Spannungsreihe unter dem zweiwertigen
Eisen liegt. Vorzugsweise wird als Depolarisator Bleisulfat verwendet. Das als Depolarisator
dienende Sulfat kann in an sich bekannter Weise mit feingepulvertem, elektrisch
leitendem Material, z. B. mit Graphit, vermischt sein.
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Die Verbesserung, die durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Verwendung
des oben angegebenen Sulfats erreicht wird, ergibt sich durch die größere Kapazität
des Elements. Da bei dem erfindungsgemäßen Element das gelöste Elektrolytmaterial
durch das Sulfat regeneriert wird, ist die Leistung des Elements nicht wie bei üblichen
Elementen durch den Elektrolyten beschränkt.
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Wenn das Element hergestellt und vertrieben wird, kann es bereits
flüssiges Ammoniak in Verbindung mit der negativen und der positiven Elektrode,
dem gelösten Salz und dem Sulfat enthalten. Das das flüssige Ammoniak enthaltende
Primärelement besteht dann aus negativer Elektrode, positiver Elektrode und dem
aus dem in flüssigem Ammoniak gelösten Salz bestehenden Elektrolyten sowie dem in
Berührung mit der positiven Elektrode stehenden Sulfat, und es muß nur der Stromkreis
geschlossen werden, damit Strom fließt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird das Element jedoch ohne das flüssige Ammoniak vertrieben und kann
durch Zugabe des Ammoniaks aktiviert werden. In diesem Fall enthält das Element
eine negative Elektrode, eine positive Elektrode, den zu lösenden Elektrolytbestandteil
und das Sulfat in Berührung mit der positiven Elektrode, es weist ferner eine Anordnung
zum Einleiten von Ammoniak in das Element auf.
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Im Element muß, wie auch bei anderen bekannten Elementen, eine gewisse
Mindestmenge des gelösten Salzes im Elektrolyten vorhanden sein. Die Eigenschaften
des Elements werden durch die Eigenschalten des zu lösenden Salzes und durch die
Natur der anderen Bestandteile des Elements, insbesondere der negativen Elektrode,
beeinflußt. Im allgemeinen ist die Leitfähigkeit um so höher, je stärker »sauer«
der Elektrolyt mit flüssigem Ammoniak ist. Ammoniumhydroxyd und die Ammoniumsalze
wirken als »Säuren« in diesem System des flüssigen Ammoniaks. Es kann z. B. ein
Ammoniumsalz, das in flüssigem Ammoniak wenigstens in dem weiter unten angegebenen
Umfang löslich ist, oder irgendeine Verbindung, die mit Ammoniak entweder Ammoniumhydroxyd
oder in einer weiter unten erläuterten Konzentration ein lösliches Salz bildet,
als zu lösender Stoff verwendet werden. Von den Ammoniumsalzen sind Ammoniumthiocyanat
und Ammoniumperchlorat besonders zu bevorzugen. Andere Salze, die ebenfalls brauchbar
sind, sind Ammoniumcyanid, -chlorid, -cyanat, -fluorborat, -jodid, -nitrat und -nitrite.
Es können auch ein oder mehrere Salze verwendet werden.
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Wenn das Kation ein Metall ist, liegt dieses im allgemeinen in der
elektrochemischen Spannungsreihe über dem zweiwertigen Eisen. Insbesondere wird
Lithium, Natrium, Kalium Caesium, Rubidium, Calcium, Strontium, Barium, Magnesium,
Zink, Aluminium, Beryllium oder Mangan verwendet. An der negativen Elektrode wird
ein Metallsalz verwendet, das wenigstens so stark elektropositiv ist wie das Metall
der negativen Elektrode. Salze der Alkalien und Erdalkalien, insbesondere Salze
des Lithiums, Calciums oder Magnesiums, sowie Zinksalze sind besonders bevorzugt.
Von all diesen Salzen erwiesen sich die Ammoniumsalze und die Lithiumsalze als besonders
vorteilhaft.
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Die Azidität, die in einem bestimmten System erträglich ist, kann
durch die Natur der anderen Bestandteile des Elements, insbesondere der negativen
Elektrode, begrenzt werden. Wie im folgenden noch näher ausgeführt wird, muß die
Azidität des Elektrolyten in manchen Fällen sorgfältig überwacht werden, damit eine
ungünstige lokale Wirkung. an der negativen Elektrode vermieden wird. Die erforderliche
Leitfähigkeit des Elektrolyten kann daher zum Teil durch Metallsalze bewirkt werden,
die in dem Ammoniaksystem mehr oder weniger neutral sind.
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Die tatsächlich verwendete Menge des gelösten Salzes kann bis zu den
Grenzen seiner Löslichkeit im flüssigen Ammoniak bei der betrachteten Temperatur
gehen. Die Menge des gelösten Salzes kann jedoch in der Praxis die Grenzen seiner
Lösbarkeit in dem flüssigen Ammoniak übersteigen. Abgesehen von der optimalen Leitfähigkeit
und vom Ausfrieren solvatisierter Verbindungen ist eine überschüssige Menge des
gelösten Salzes ohne Bedeutung.
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Um eine ausgezeichnete Stromkapazität des Primärelements zu erhalten,
erwies es sich als notwendig, eine Konzentration des gelösten Stoffes im flüssigen
Ammoniak von wenigstens I Molprozent vorzusehen. Besonders gute Ergebnisse erhält
man, wenn die Konzentration wenigstens 2 Molprozent beträgt.
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Die negative Elektrode besteht im allgemeinen aus einem stark elektropositiven
Metall, das in der elektrochemischen Spannungsreihe über dem zweiwertigen Eisen
steht, insbesondere Lithium, Natrium, Kalium, Caesium, Rubidium, Calcium, Strontium,
Barium, Magnesium, Zink, Aluminium, Beryllium
oder Mangan oder deren
Mischungen sowie Legie-@ungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten.
Von diesen Metallen sind insbesondere die Alkalimetalle, aber auch die Erdalkalimetalle
und Zink bevorzugt.
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Der Stromableiter der positiven Elektrode kann aus einem leitenden
Material bestehen, das gegen den Elektrolyt inert ist, z. B. Blei, Kohle, Platin,
Bor, Zirkonium oder Tantal. Aus dieser Gruppe sind Blei und Kohle zu bevorzugen.
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Gemäß der Erfindung liegt wenigstens während der Betriebszeit ein
Sulfat eines Schwermetalls im Kontakt mit der positiven Elektrode, das in der elektrochemischen
Spannungsreihe unter dem zweiwertigen Eisen liegt. Ein solches Sulfat kann z. B.
ein Sulfat von Blei, Kadmium, Nickel, Zinn, Kupfer, Quecksilber, Silber, Gold oder
dreiwertiges Eisen sein. Diese Sulfate sind in flüssigem Ammoniak unlöslich, und
es besteht daher keine Gefahr, daß sie zur negativen Elektrode wandern und die elektrochemische
Reaktion an der negativen Elektrode stören. Von den angegebenen Sulfaten werden
Bleisulfat und Kupfersulfat bevorzugt, wobei Bleisulfat besonders günstig ist.
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Wenn das Sulfat leitend gemacht werden soll, dann kann ein feingepulvertes
leitendes Material, z. B. Kohle oder Kupfer, damit vermischt werden. Auch " dieses
leitende Metall sollte in flüssigem Ammoniak praktisch unlöslich sein.
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Die wesentliche stromerzeugende Reaktion der vorliegenden Zelle ist
wobei M das. elektropositive Metall der negativen Elektrode und M' das Kation ist.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
an Hand der Zeichnung beschrieben.
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F i g.1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Element gemäß der
Erfindung; F i g. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine andere Form des Elements
gemäß der Erfindung, und F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch eine aus mehreren Zellen
bestehende Batterie.
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Das in F i g. 1 dargestellte Element besteht aus einem zylindrischen
nichtleitenden Gehäuse 1, einer positiven Elektrode 2 und einer negativen Elektrode
3. Papierseparatoren 4 sind mit einem, wie oben erläutert, im Elektrolyten zu lösenden
Salz getränkt. Ein Körper 5 aus dem angegebenen Sulfat liegt in Berührung mit der
positiven Elektrode 2. Er kann aus einer Mischung des feingepulverten Sulfats und
eines feingepulverten, inerten, leitenden Materials, z. B. Graphit, bestehen. Die
positive Elektrode 2 und die negative Elektrode 3 sind mit entsprechenden leitenden
Anschlußdrähten 6 bzw. 7 versehen. Durch Öffnungen 8 und 9 in dem Gehäuse 1 wird
Ammoniak entweder in flüssiger Form oder in Dampfform eingeleitet. Das dampfförmig
eingeleitete Ammoniak kondensiert in Berührung mit dem Sulfatkörper und mit dem
im Elektrolyten zu lösenden Salz und löst diesen auf, so daß sich der vollständige
Elektrolyt bildet und das Element aktiviert ist.
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F i g. 2 zeigt eine durch Ammoniakdampf aktivierte Batterie, in der
das Ammoniak in einer Abtei, Jung untergebracht ist, die von der Batterie durch
eine zerbrechliche Wand abgetrennt ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein zylindrisches
Außengehäuse 10, z. B. aus Stahl, vorgesehen. 11 ist ein als negative
Elektrode dienendes und daher ein aus einem stark elektropositiven Metall bestehendes
zylindrisches Gehäuse, mit Öffnungen 12 versehen, durch die Ammoniakdampf eingeleitet
werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Reihen von Öffnungen vorgesehen, z. B. Reihen,
die um l20° versetzt gegen den Umfang des Zellengehäuses 11 angeordnet sind. Ein
mit dem im Elektrolyten zu lösenden Salz imprägnierter Zylinder 13 ist an der Innenseite
der Elektrode 11 angeordnet. Mit 14 sind Körper des im Elektrolyten zu lösenden
Salzes dargestellt, die hier die Form von mit Mittelöffnungen versehenen scheibenförmigen
Papierseparatoren aufweisen, die mit dem im Elektrolyten zu lösenden Salz getränkt
sind. Der obere Separator 14 ist vom Außengehäuse 10
z. B. durch eine
Schicht 18, z. B. aus einem synthetischen Harz oder einem Elastomeren, isoliert.
15 ist ein weiterer Papierseparator, der mit dem im Elektrolyten zu lösenden Salz
imprägniert ist, jedoch keine Mittelöffnung besitzt, da er zwischen der positiven
Elektrode 16 und der Elektrode 11 angeordnet ist. Die Bezugszeichen 17 bezeichnen
Körper aus Schwermetallsulfat, das vorzugsweise mit einem feingepulverten leitenden
Material vermischt ist. Ein Mischungsverhältnis von etwa 3:1 Gewichtsteilen des
feingepulverten Sulfats zu feingepulverter Kohle ist besonders vorteilhaft.
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Entsprechende Leitungsdrähte 19 und 20 sind an der negativen bzw.
positiven Elektrode befestigt. Ein bestimmtes Volumen von wasserfreiem flüssigem
Arnmmoniak 21 in der Abteilung 22 im unteren Teil des Außengehäuses 10 ist
von der Batterie durch eine zerbrechliche Trennwand 23 getrennt, die durch einen
raschen Druckanstieg in der Abteilung 22 zerstörbar ist. Diese Trenwand soll gegen
flüssiges Ammoniak inert sein und kann z. B. aus 0,1 mm starkem Stahl bestehen.
Eine Heizpatrone 24 wird durch einen Stopfen 25 aus verfestigtem Harz in der Aussparung
25 gehalten, die im unteren Ende des Außengehäuses 10 ausgebildet ist. Wenn Strom
durch die Anschlüsse 27 und 28 geschickt wird, entwickelt die Patrone 24 Wärme.
Das dadurch erwärmte Ammoniak verdampft und erzeugt in der Abteilung 22 einen Druck,
der so lange ansteigt, bis die Trennwand 23 bricht, so daß der Ammoniakdampf zwischen
dem Außengehäuse 10 und dem Gehäuse 11 durch die Öffnungen 12 in das Element strömt.
Wenn der Stromkreis zwischen den Anschlüssen 19 und 20 geschlossen wird, ist die
Zelle aktiviert, und es wird Strom erzeugt. Die Anzahl der Elektrolytschichten und
der Sulfatlagen ist nach praktischen Gesichtspunkten bestimmt.
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F i g. 3 zeigt eine Batterie. Ein äußeres Isoliergehäuse 30 besteht
aus einem synthetischen Harz. Jede Zelle 31 hat die gleichen Bestandteile: nämlich
eine negative Elektrode 32 in Form einer dünnen Scheibe, einen Körper 33 aus dem
im Elektrolyten zu lösenden Salz, der hier als eine Papierscheibe dargestellt ist,
die mit diesem Salz getränkt ist, einen Körper 34 eines Schwermetallsulfats, der
hier als Scheibe aus feingepulvertem Sulfat, feingepulverter Kohle und Papierfasern
dargestellt ist, und die positive Elektrode, die die Form einer dünnen Scheibe hat.
Die positive Elektrode eines jeden Elements ist elektrisch mit der negativen Elektrode
der darunterliegenden
nächsten Zelle mittels eines leitenden Stiftes
36 verbunden, der durch eine öffnung in die negative Elektrode eingesetzt und mit
der positiven Elektrode verlötet ist. Die unterste positive Elektrode ist mit einer
Anschlußleitung 38 verbunden, und die oberste negative Elektrode ist mit einem Anschluß
39 verbunden. Das Gehäuse 30 ist mit Öffnungen 37 versehen, durch die das Ammoniak
entweder in flüssiger oder gasförmiger Form in die Batterie eintreten kann. Die
Batterie wird durch Eintritt des Ammoniaks aktiviert, wobei der Stromkreis über
die Anschlüsse 38 und 39 geschlossen ist. Wenn auch bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
fünf Zellen dargestellt sind, so kann natürlich die Batterie aus einer beliebigen
Anzahl von Zellen bestehen.
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Bei der Ausführungsform, bei der die Elemente durch Einleiten von
Ammoniakdampf aktiviert werden, soll das Element vor der Zugabe von Ammoniakdampf
frei von Feuchtigkeit und vorzugsweise auch im wesentlichen frei von Luft sein.
Bei der Herstellung eines Elements gemäß dieser Ausführungsform kann das Element
evakuiert oder mit einem in Ammoniak löslichen, trockenen, inerten Gas gespült werden,
bevor das Element verschlossen wird.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung und den Betrieb
der verbesserten Primärelemente gemäß der Erfindung. Beispiel I Es wird eine Batterie,
ähnlich der in F i g. 2 dargestellten, verwendet. Die negative Elektrode besteht
aus einem 76 mm langen Rohr aus einer Magnesiumlegierung mit einem Außendurchmesser
von 12,7 mm und einer Wandstärke von 1,19 mm. Die Legierung des Rohrwerkstoffes
enthält 3 % Aluminium, 1% Zink, Rest Magnesium. Am Rohr sind drei Reihen von Löchern
mit 1,19 mm Durchmesser, jeweils um 120° versetzt, um den Umfang des Rohres angeordnet,
wobei die Löcher jeder Reihe etwa 9,5 mm voneinander entfernt sind. Auf der Innenfläche
des Rohres ist ein Zylinder angeordnet, der aus einem Stück eines Filtrierpapiers
besteht, wie es sonst für Tropfenreaktionen verwendet wird und das mit einer wäßrigen
Lösung von Ammoniumthiocyanat getränkt und dann getrocknet ist. Das Papier hat eine
Fläche von 26,8 cm2 und enthält 1100 mg Ammoniumthiocyanat. Es werden sechzehn Scheiben
mit einem Durchmesser von 11,2 mm für das im Elektrolyten zu lösende Salz verwendet,
die aus dem mit Ammoniumthiocyanat imprägnierten Filterpapier bestehen, wobei jede
Scheibe 40 mg Ammoniumthiocyanat enthält. Zwischen jeder Scheibe ist eine Lage vorgesehen,
die aus einer Mischung von 3 Gewichtsteilen gepulvertem Bleisulfat und 1 Gewichtsteil
gepulvertem Graphit besteht. Das Gesamtgewicht dieser Mischung im Element beträgt
6 g. Die positive Elektrode ist ein 3,18 mm starker Bleistab, der etwa 83 mm lang
und in die Mitte des Rohres eingesetzt ist. Am Gehäuse der negativen Elektrode und
an der positiven Elektrode sind Anschlußdrähte befestigt. Das Element wird aktiviert,
indem etwa 12 g flüssiges Ammoniak bei -40° C durch die öffnungen eingeleitet werden,
wobei gasförmiges Argon unter 15,5 ata zur Erzeugung des Druckes verwendet wird.
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Die Batterie wird in einem Bad aus gekühltem Athylalkohol bei -40°
C gehalten, und bei einer Stromentnahme von 200 mA erhält man die folgende Spannungscharakteristik:
| Zeit I Spannung |
| 3 Sekunden .................... 1,70 Volt |
| 1 Minute ...................... 1,72 Volt |
| 5 Minuten ..................... 1,70 Volt |
| 10 Minuten ..................... 1,70 Volt |
| 15 Minuten ..................... 1,70 Volt |
| 20 Minuten ..................... 1,67 Volt |
| 30 Minuten ..................... 1,60 Volt |
| 40 Minuten ..................... 1,56 Volt |
| 45 Minuten ..................... 1,50 Volt |
| 50 Minuten ..................... 1,45 Volt |
| 60 Minuten ..................... 1,32 Volt |
Anschließend wird die Batterie aus dem Kühlbad herausgenommen und bis auf Zimmertemperatur
erwärmt. Man erhält dann bei einer Stromentnahme von 200 mA die folgende Spannungscharakteristik:
| Zeit Spannung |
| 5 Minuten ..................... 1,76 Volt |
| 10 Minuten ..................... 1,74 Volt |
| 15 Minuten ..................... 1,68 Volt |
| 25 Minuten ..................... 1,63 Volt |
| 35 Minuten ..................... 1,55 Volt |
| 50 Minuten ..................... 1,48 Volt |
| 60 Minuten ..................... 1,30 Volt |
| 65 Minuten ..................... 1,18 Volt |
Beispiel II Es wird eine Batterie, ähnlich der in F i g. 3 dargestellten, verwendet.
Es werden fünf Zellen mit je einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Dicke von 2,54
mm hergestellt. Jede dieser Zellen weist eine dünne Scheibe aus einer Magnesiumlegierung
mit 3 % Aluminium, 1% Zink, 0,3 % Mangan, Rest Magnesium, als negative Elektrode
auf. Eine etwa l mm starke Scheibe Filtrierpapier wird mit 25 mg Ammoniumthiocyanat
getränkt. Eine weitere Scheibe mit etwa 0,63 mm Dicke wird durch Mischen von 1 Gewichtsteil
gepulverten Bleisulfat, 1 Gewichtsteil gepulverten Graphit und 0,5 Teilen einer
Papierfasermasse mit Wasser, darauf Filtern, damit ein Blatt entsteht, darauf leichtes
Pressen und Trocknen, so hergestellt, daß etwa 25 mg Bleisulfat pro Scheibe enthalten
sind. Dann wird eine Scheibe aus einer Bleifolie geschnitten, die als positive Elektrode
dient. Die positive Elektrode einer Zelle wird mit der negativen Elektrode der Nachbarzelle
durch einen kleinen Messingniet verbunden, der durch eine Mittelöffnung in die negative
Elektrode eingesetzt und mit der positiven Elektrode verlötet wird. Die fünf Zellen
sind in Reihe verbunden, und die Gesamtanordnung wird mit Polyvinylchlorid überzogen.
In dem Kunststoffgehäuse werden öffnungen mit einem Durchmesser von 4,51 mm vorgesehen,
durch die das Ammoniak eintreten kann. Die Batterie wird in einen Behälter eingesetzt,
in den Ammoniakdampf unter Druck eingeblasen wird, wodurch die Elemente aktiviert
werden. Die Batterie wird 30 Minuten lang bei offenem Stromkreis und dann 1 Minute
lang mit einer Stromentnahme von 10 mA betrieben. Die Ausgangsspannung
beträgt
bei offenem Stromkreis 9,1 Volt und bei einer Belastung mit 10 mA 8,25 Volt.
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Die Batterie wird dann in ein Vakuum (von 0,1 Torr) eingebracht, so
daß das Ammoniak entfernt und dadurch die Batterie deaktiviert wird. Die Batterie
wird dann erneut, jedoch diesmal mit flüssigem Ammoniak bei 21,1° C und bei einem
Argondruck von 19 atü aktiviert. Bei einer Belastung mit 10 mA erhält man folgende
Spannungscharakteristik:
| Zeit Volt Gesamtspannung |
| Zelle |
| 0 Minuten ........ 1,65 8,25 Volt |
| 1 Minute ......... 1,70 8,50 Volt |
| 2 Minuten ........ 1,70 8,50 Volt |
| 5 Minuten ........ 1,60 8,00 Volt |
| 15 Minuten ........ , 1,55 7,75 Volt |
| 17 Minuten ........ 1,50 7,50 Volt |
| 19 Minuten ........ 1,45 7,25 Volt |
| 20 Minuten ........ 1,40 7,00 Volt |
| 22 Minuten ........ 1,35 6,75 Volt |
| 23 Minuten ........ 1,30 6,50 Volt |
Beispiel III Es wird ein Element verwendet, das ähnlich dem in F i g.1 gezeigten
ausgebildet ist.
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Die positive Elektrode ist eine Bleischeibe mit 12,7 mm Durchmesser
und 0,25 mm Stärke. Die negative Elektrode ist eine Scheibe aus der im Beispiel
1I beschriebenen Magnesiumlegierung mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer
Dicke von 0,4 mm. Der Depolarisator an der positiven Elektrode besteht aus zwei
Scheiben mit 12,7 mm Durchmesser, die je aus einer Folie hergestellt sind, für die
2 Gewichtsteile gepulvertes Bleisulfat, 1 Gewichtsteil gepulverter Graphit und 1
Gewichtsteil Papierfasern mit Wasser gemischt, zur Bildung eines Blattes gefiltert,
leicht gepreßt und getrocknet werden, so daß jede Scheibe etwa 20 mg Bleisulfat
enthält. Das im Elektrolyt zu lösende Salz wird in Form von zwei Scheiben mit 12,7
mm Durchmesser je aus einem Blatt eines Filtrierpapiers hergestellt, das mit einer
wäßrigen Lösung von Kaliumthiocyanat getränkt ist, wobei jede Scheibe etwa 30 mg
Kaliumthiocyanat enthält. Die Anordnung wird mit einem Film aus einem Polyvinylharz
überzogen, wobei COffnungen für den Eintritt von Ammoniak vorgesehen sind.
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Das Element wird in einen Behälter gebracht, in den wasserfreies flüssiges
Ammoniak eingeleitet wird, das in das Element eindringt und dieses aktiviert. Bei
offenem Stromkreis wird während 10 Minuten bei Zimmertemperatur eine Spannung von
1,88 Volt erreicht. Anschließend wird der Ausgang bei einer Belastung von 10 mA
während 45 Minuten mit 27 Coulomb bestimmt. Am Ende dieser Zeit beträgt die Spannung
bei offenem Stromkreis 1,6 Volt. Beispiel IV Das BeispielIII wird wiederholt, wobei
jedoch Lithiumthiocyanat an Stelle von Kaliumthiocyanat als im Elektrolyten zu lösendes
Salz verwendet wird. Es werden vergleichbare Ergebnisse erhalten.
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Beispiel V Beispiel III wird wiederholt, wobei jedoch Magnesiumthiocyanat
an Stelle von Kaliumthiocyanat als im Elektrolyten zu lösendes Salz verwendet wird.
Kupfersulfat wird an Stelle von Bleisulfat als Depolarisator verwendet, und ein
Kohlestab von 12,7 mm Durchmesser dient als positive Elektrode: Der Depolarisationskörper
wird aus einer Mischung von 100 mg Kupfersulfat und 100 mg Gräphit bereitet. Das
im Elektrolyten zu lösende Salz befindet sich in vier Scheiben, die je aus einem
Blatt eines Filtrierpapiers bereitet werden, das mit einer wäßrigen Lösung von Magnesiumthiocyanat
getränkt ist, so daß jede Scheibe 24 mg Magnesiumthiocyanat enthält.
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Das Element wird aktiviert, indem es in einen Behälter gebracht wird,
der verdampftes wasserfreies Ammoniak enthält. Bei offenem Stromkreis erreicht die
vom Element abgegebene Spannung während 20 Minuten 2,06 Volt. Unter einer Belastung
von 12,5 mA gibt das Element während 66 Minuten durchschnittlich 1,55 Volt ab, wobei
die Spannung am Ende dieser Zeit 1,01 Volt beträgt.