DE1614980C3 - Elektrochemische Steuerzelle - Google Patents

Description

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben :

Eine Steuerzelle mit einem gas- und flüssigkeitsdicht verschlossenen Gehäuse aus Glas und mit zwei Arbeitselektroden (wirksame Oberfläche je 0,12 cm²) aus vergoldetem Pt-Manteldraht enthält einen Elektrolyten folgender Zusammensetzung:

36 g Dimethylsulfoxid,
3,1 g Silbersulfat, Ag₂SO₄,
1,3 g Schwefelsäure 98%.

Wird diese Zelle mit einer 150 μΑΙι entsprechenden Silbermenge dotiert, so behält sie bei einem Betriebsstrom von 50 μΑ über 200 Zyklen innerhalb der Fehlergrenzen eine konstante Kapazität. Die Zelle wurde beim Zyklenbetrieb jeweils bei Erreichen einer Potentialdifferenz von mehr als 700 mV umgepolt.

Die Zelle selbst enthält in bekannter Weise zwei oder mehrere Arbeitselektroden. Das Grundmaterial der Elektroden, das an der chemischen Reaktion in der Zelle nicht teilnehmen darf, ist vorzugsweise ein Edelmetall oder ein anderes mit Edelmetall überzogenes Material. Der Edelmetallüberzug wird elektrochemisch erzeugt, um möglichst wenig porös zu sein. Auf diesen Überzug wird dann der Silberbelag selbst aufgebracht. Die Zelle kann, je nachdem, wieviel Zeitablaufe mit ihr gesteuert werden sollen, eine entsprechende Anzahl von Arbeitselektroden besitzen. Um die Kapazität der Zelle zu variieren, kann es sinnvoll sein, das Gehäuse oder Teile des Gehäuses als Vorratselektrode auszubilden, das Gehäuse ist beispielsweise selbst aus Silber oder seine Innenwand ist mit Silber plattiert. In einer solchen Zelle können jeweils bestimmte Silbermengen transportiert werden, und somit kann die Kapazität der Zelle abgeändert werden.

Claims (5)

1 2 die wasserfreies Silberperchlorat gelöst enthalten, als Patentansprüche: Elektrolyt vorgeschlagen (deutsche Patentschrift 1516 364). Als solche Lösungsmittel wurden bereits

1. Elektrochemische Steuerzelle mit einem gas- Acetonitril, Propionitril, Butyronitril, Dimethylsulf-• und flüssigkeitsdicht verschlossenen Gehäuse, die 5 oxid oder Mischungen dieser Substanzen verwendet.

nach dem Prinzip des Silbertransportes zwischen An einer Steuerzelle, die beispielsweise einen Elektromindestens zwei Arbeitselektroden arbeitet und lyten aus wasserfreiem Butyronitril mit gelöstem Silberderen Elektrolyt ein stark koordinierendes polares perchlorat enthält, entsteht beim Transport des Silbers organisches Lösungsmittel mit einem gelösten zwischen den mit Silberüberzügen versehenen Elek-Silbersalzist, dadurch gekennzeichnet, io troden eine Potentialdifferenz von etwa 50 mV. Sobald daß als Elektrolyt ein gegen Schwefelsäure unemp- an einer Elektrode sämtliches Silber aufgelöst ist, findliches Lösungsmittel verwendet ist, das Schwe- steigt die Potentialdifferenz sprunghaft um mehrere feisäure zusammen mit mindestens der zur Bildung 100 mV an. Je nach dem Grundmaterial der Elektrode von Silberhydrogensulfat stöchiometrisch notwen- beträgt die Zellenspannung dann 800 mV bei Goldelekdigen Menge an Silbersulfat enthält. 15 troden bzw. 1500 mV bei Platinelektroden. Elektro-

2. Elektrochemische Steuerzelle nach Anspruch 1, chemische Steuerzellen mit solchen Elektrolyten bedadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im sitzen im Zyklenbetrieb über lange Zeit eine praktisch wesentlichen aus Dimethylsulfoxid, Diäthylsulf- konstante Kapazität.

oxid, Methyläthylsulfoxid oder ,aus Mischungen Ein wesentlicher Nachteil dieser Steuerzellen ist

dieser Lösungsmittel besteht. 20 jedoch die Wasserempfindlichkeit des Elektrolyten.

3. Elektrochemische Steuerzelle nach den An- Bei der Herstellung des Elektrolyten muß wasserfreies sprächen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silberperchlorat verwendet werden, das zum einen zur Elektrolyt 2 bis 8% Wasser enthält. Explosion neigt und zum anderen nicht ohne weiteres

4. Elektrochemische Steuerzelle nach den An- im Handel erhältlich ist. Da ein großer Teil solcher Sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die s5 Zellen beim Verschließen erhitzt werden muß, besteht Arbeitselektroden mit Edelmetallüberzügen ver- auch die Gefahr der explosiven Zersetzung der Lösung sehen sind. von Silberperchlorat.

5. Elektrochemische Steuerzelle nach den An- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine anderes Sprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß lösliches Silbersalz zu verwenden. Die Verwendung mindestens ein Teil des Gehäuses aus reinem Silber 30 von Silbersulfat, das normalerweise wasserfrei kristalbesteht oder mit Silber plattiert ist. lisiert, ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da Silbersulfat sowohl in Wasser als auch in organischen Lö-

sungsmitteln nur sehr wenig löslich ist.

Diese Eigenschaft des Silbersulfats wird jedoch bei 35 einer elektrochemischen Steuerzelle gemäß der Erfin-

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Steuer- dung dadurch umgangen, daß als Elektrolyt ein gegen zelle mit einem gas- und flüssigkeitsdicht verschlösse- Schwefelsäure unempfindliches Lösungsmittel verwennem Gehäuse, die nach dem Prinzip des Silbertrans- det ist, das Schwefelsäure zusammen mit mindestens portes zwischen mindestens zwei Arbeitselektroden der zur Bildung von Silberhydrogensulfat stöchioarbeitet und deren Eelektrolyt ein stark koordinieren- 40 metrisch notwendigen Menge an Silbersulfat enthält, des polares organisches Lösungsmittel mit einem gelö- Das sich in einem solchen Elektrolyt bildende Silber-

sten Silbersalz ist. hydrogensulfat ist in den genannten Lösungsmitteln

Elektrochemische Steuerelemente sind in verschiede- . löslich.

nen Ausführungsformen bekanntgeworden. Beispiels- Als Lösungsmittel haben sich insbesondere Dirne-

weise besteht das sogenannte Solion (Elektronik, 45 thylsulfoxid, Diäthylsulfoxid, Methyläthylsulfoxid und 11. Jahrgang [1962] Nr. 1, S. 7 bis 11) aus einem Mischungen dieser Substanzen bewährt,
geschlossenen Behälter, welcher zwei inerte Elektroden Neben der wesentlich einfacheren und ungefährli-

und als Elektrolyt beispielsweise eine wäßrige Kalium- chen Herstellung besitzt der neue Elektrolyt jedoch trijodidlösung enthält. Bei Stromfluß durch die Zelle noch sämtliche vorteilhaften Eigenschaften, die er bei wird an der Kathode Jod zu Jodidionen reduziert. An so Zellen aufweist, die wasserfreies Silberperchlorat entder Anode werden Jodidionen zu Jod oxidiert. An halten.

beiden Elektroden zusammen ändert sich daher die Insbesondere besitzt der Elektrolyt einen weiten

Zusammensetzung der Lösung nicht. Solche Bauele- Temperaturbereich, in dem er flüssig ist. Eine elektromente können zu verschiedenen Zwecken, insbesondere chemische Steuerzelle mit Dimethylsulfoxid kann beials Strömungs- oder Druckmesser, verwendet werden. 55 spielsweise bis zu 120⁰C betrieben werden. Mischungen Sie sind jedoch außerordentlich empfindlich gegen von Dimethylsulfoxid und Diäthylsulfoxid oder mit Temperaturschwankungen, Erschütterungen und Lage- Methyläthylsulfoxid ergeben Elektrolyte mit Siedeänderungen, punkten, diejetwa in der gleichen Größenordnung He-

Eine andere Art von elektrochemischen Steuerzellen gen und mit Erstarrungspunkten bis etwa —10° C.
besteht aus einem gas- und flüssigkeitsdicht verschlos- ^6o Ein geringer Überschuß von Silbersulfat bei der senem "Gehäuse, das einen flüssigen Elektrolyten und Herstellung des Elektrolyten kann zweckmäßig sein, mindestens zwei Elektroden enthält (deutsches Ge- um absolut sicher zu gehen, daß keine freie Schwefelbrauchsmuster 1 921 265). Zwischen den sogenannten säure mehr vorliegt. Wasserzusätze von 2 bis 8 % Arbeitslektroden wird die Arbeitssubstanz hin und her setzen die Arbeitstemperatur eines aus Dimethylsulftransportiert. Um solche Steuerzellen in einem weiteren 65 oxid bestehenden Elektrolyten auf bis zu 5° C herab. . Temperaturbereich benutzen zu können und ihre Kapa- Im Interesse einer möglichst konstanten Kapazität im zität auch bei hohen Zyklenzahlen konstant zu halten, Zyklenbetrieb sollten die Wasserzusätze jedoch nur wurden bereits wasserfreie, organische Lösungsmittel, sehr gering sein.