DE149681C

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Publication number: DE149681C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Λί149681 KLASSE 216.

Vorliegende Erfindung betrifft eine negative Polelektrode für Primär- und Sekundärelemente, deren wirksame Masse aus Kupferwasserstoff besteht. Man hat bereits früher beobachtet, daß Kupfer, als Kathode in einer elektrolytischen Zelle angewendet, einen Teil des Wasserstoffs bindet, doch war es nicht möglich, auf diese Erscheinung die Herstellung eines Primär- oder Sekundärelements

ίο zu begründen, weil die aufgenommene Wasserstoffmenge nur eine verhältnismäßig geringe war, indem sie etwa 4,4. Raumteile betrug, und außerdem erst bei dunkler Rotglut in Freiheit gesetzt werden konnte.- Bei vorliegender Erfindung wird der Wasserstoff nun dadurch zur Bildung einer negativen Polelektrode benutzt, daß man denselben mit dem Kupfer zu Kupferwasserstoff, einem kastanienbraunen Körper, verbindet, welcher bei Einwirkung von reinem Wasser sehr leicht Wasserstoff entwickelt und sich bereits durch Erwärmen auf 55⁰ C. zersetzt. Dieser Körper stellt eine endothermische, der Formel Cm₂ H₂ entsprechende Verbindung dar, welche bereits früher durch chemische Mittel dargestellt wurde.

Diese Wasserstoffverbindung kann man auch auf elektrolytischem Wege dadurch erhalten, daß man eine wäßrige, mit Schwefelsäure angesäuerte Lösung von Kupfersulfat, die mindestens 7Prozent Kupfersulfat und 10 Prozent freie Schwefelsäure enthält, der Elektrolyse bei einer Stromdichte von mindestens I Ampere pro Quadratdezimeter Kathodenfläche unterwirft, wobei die Klemmenspannung der elektrolytischen Zelle, in welcher der Kupferwasserstoff gebildet werden soll, mindestens 2 Volt beträgt. Die Spannung wächst jedoch sehr schnell und steigt auf etwa 3¹A₂ Volt. *

Wenn man den Masseträger der negativen Polelektrode eines Primär- oder Sekundärelements aus säurewiderstandsfähigem Material, beispielsweise aus Gaskohle, herstellt und diesen als Kathode in dem angegebenen Elektrolyten dem elektrischen Strom aussetzt, während die die positive Polelektrode liefernde Anode aus Blei besteht, so wird unter den oben angegebenen Verhältnissen an der Kathode sich nicht reines Kupfer niederschlagen, sondern es entsteht ein schmutzig kastanienbrauner Niederschlag von Kupferwasserstoff, der der chemischen Formel CiC₂ H₂ entspricht, während an der Anode der elektrolytischen Zelle sich in bekannter Weise eine positive Polelektrode von Bleisuperoxyd bildet. Da es zwecks Bildung des Kupferwasserstoffs nötig ist, die Klemmenspannung auf mindestens^ 2 Volt zu erhalten, indem bei niedrigerer Spannung sich statt dessen Kupfer niederschlägt, und ferner in Anbeträcht des endothermischen Charakters des Kupferwasserstoffs, dessen Bildung eine beträchtliche Wärmemenge absorbiert, muß man dem Ladestrom

bei parallel geschalteten Elementen eine Spannung von mindestens 3 ^]/₂ Volt und bei hintereinander geschalteten eine Spannung erteilen, welche ein der Elementenzahl entsprechendes Mehrfaches von 3¹^ Volt beträgt.

Der an der Kathode auftretende schmutzig kastanienbraune Niederschlag" von Kupferwasserstoff kann in beliebiger ,Weise an derselben festgehalten werden, was entweder dadurch geschehen mag, daß man um die Elektrode ein Säckchen aus porösem Material, wie beispielsweise aus Asbest, herumwickelt, oder daß man den Masseträger, der ebenfalls zweckmäßigerweise poröse Beschaffenheit besitzen kann, mit geeigneten Vorsprüngen oder dergl. versieht, die den Niederschlag zurückhalten. Bei der Anwendung von Gaskohle zur Herstellung der negativen Polelektrode hat es sich als sehr zweckmäßig für die Steigerung der Reaktion erwiesen, wenn man der Kohle einen Zusatz von Arsen gibt, welch letzteres bei der Elektrolyse ebenfalls Wasserstoff absorbiert und auf diese Weise dazu beiträgt, den Wasserstoff auf der Kohle zu fixieren und die Verbindung mit dem Kupfer zu erleichtern.

Hierbei hat sich ergeben, daß die während der Ladung des Elements sich entwickelnden Blasen nur Wasserstoff, aber keinen Arsenwasserstoff enthalten. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, daß die Energie des Stroms die ArsenwasserstoftVerbindung zersetzen würde, wobei sie au der negativen Polelektrode Arsen ausscheidet.

Außerdem ist zu berücksichtigen, daß, wenn sich wirklich im Augenblick der Unterbrechung des Ladestroms etwas gasförmiger Arsenwasserstoff entwickeln sollte, derselbe von dem im Elektrolyten enthaltenen Kupfersulfat sofort unter Bildung von festem unlöslichen Arsenkupfer aufgenommen werden würde. Das Auftreten von gesundheitsschädlichem Arsenwasserstoff beim Betrieb des Elements scheint daher ausgeschlossen.

Es läßt sich jedoch die Herstellung des Kupferwasserstoffs auch mit gewöhnlicher Retortenkohle ausführen. Der entstandene Kupferwasserstoff enthält eine Wasserstoffmenge, die ungefähr 1500 Raumteilen entspricht. Da die Verbindung als endothermische A^erbindung verhältnismäßig unbeständig ist, so gibt sie ihren Wasserstoff schon bei niederer Temperatur, beispielsweise bei etwa 55 bis 60° ab, während das Kupfer von der Schwefelsäure des Bades unter Entstehung von Wasserstoff aufgelöst wird. Beim Entladen eines aus einer Kupferwasserstoff- und einer Bleisuperoxydelektrode bestehenden Sekundärelements mit einer angesäuerten Kupfersulfatlösung als Elektrolyt bildet sich also eine größere Menge Wasser, als dem an der negativen Polelektrode vorhandenen Wasserstoff entspricht, indem sowohl die an dieser Elektrode vorhandenen, mit dem Kupfer verbundenen Wasserstoffatome als auch die durch das frei gewordene Kupfer aus dem Elektrolyten ausgeschiedenen zwei Wasserstoffatome in Wirkung treten und. Wasser bilden. Die hierbei vor sich gehende Reaktion läßt sich etwa durch folgende Gesamtformel ausdrücken:

Cu₂ H₂ +2SO₁H₂ + 3 Pb O₂ =

2 S O₄ Cu + 3 Pb O + 3 H.₂ O.

Die beim Entladen entstehende Energie setzt sich daher aus der Bildungswärme der von diesen Wasserstoffatomen an der positiven Polektrode gelieferten 3 Wassermoleküle, sowie aus der Bildungswärme des Kupfersulfats plus der Zersetzungswärme des endothermischen Kupferwasserstoffs zusammen. Demgemäß liefert ein solches Element eine um etwa 30 Prozent höhere Elektrizitätsmenge, als dies bei Anwendung von Kupfer allein als Lösungselektrode möglich ist. Die Elektrizitätsmenge übersteigt auch die der gewöhnlichen Plante-Akkumulatoren, sowie derjenigen, welche auf der Okklusion des Wasserstoffs durch Blei oder Eisen beruhen.

Sind die einzelnen Polelektroden iii der beschriebenen Weise formiert, so kann man sie beliebig aufbewahren und hat durch Einbringen in eine angesäuerte Kupfersulfatlösung alsdann das Element zum Gebrauch fertig. Der Elektrodenabstand soll so wenig wie möglich, höchstens 1 cm betragen.

Ist das Element nicht vollständig entladen, so bleibt auf der negativen Polelektrode Kupferwasserstoff zurück, während auf der positiven Polelektrode Bleisuperoxyd vorhanden ist. Wenn man das Element als Sekundärelement benutzt, so ist die Kapazität desselben durch die an der positiven Polelektrode gebildete Menge Bleisuperoxyd bestimmt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Negative Polelektrode für Primär- und Sekundärelemente, dadurch gekennzeichnet, daß deren wirksame Masse aus Kupferwasserstoff besteht.

2. Verfahren zur elektrolytischen Herstellung einer negativen Polelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Abscheidung des Kupferwasser'stoffs aus einer etwa 7 prozentigen, mit Schwefelsäure angesäuerten Lösung

von Kupfersalzen bei einer Stromdichte von etwa ι Ampere pro Quadratdezimeter Elektrodenfläche geschieht.

3. Verfahren zur Herstellung der Polelektrode nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß, um die Aufnahmefähigkeit der zur Aufbringung des Kupferwasserstoffs dienenden Unterlage für Wasserstoff zu erhöhen und die Verbindung desselben mit dem Kupfer zu erleichtern, zweckmäßigerweise arsenhaltige Kohle als Kathode benutzt wird.

Berlin, gedruckt in der reichsdruckerei.