DE16628C - Neuerungen in der Herstellung und Regeneration von Flüssigkeiten zum Gebrauche für galvanische Batterien und in der Verwerthung der dabei gewonnenen Rückstände - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

NICOLAS EMILE REYNIER in PARIS.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 26. September 1880 ab.

Vorliegende Neuerimgen erstrecken sich auf die Herstellung bezw. Aufbesserung solcher Lösungen, deren Erreger kaustisches Kali und deren Depolarisator schwefelsaures Zinkoxyd ist.

Zusammensetzung der Flüssigkeiten.

Die Kupfervitriol- und Aetznatronlösungen sind von schwacher Leitungsfähigkeit. Meine Erfindung besteht darin, diese Lösungen sehr leitungsfähig und geeignet zu machen, Ströme von bedeutender Stärke zu erzeugen.

Das Verfahren ist folgendes:

Erregungsflüssigkeit.

Wie schon erwähnt, verwende ich das Aetznatron als einen Hauptbestandtheil der als Erreger dienenden Flüssigkeit. Durch Zusatz von Kali vermehre ich die Leitungsfähigkeit, ohne die elektromotorische Kraft der Batterien merklich zu ändern.

Um die noch ungenügende Leitungsfähigkeit des Gemisches zu erhöhen, füge ich mehrere lösliche Salze hinzu, und zwar in verschiedenen Quantitäten. Die nachfolgenden Gewichtsverhältnisse, welche ich für gewöhnlich in Anwendung bringe, können darum sehr wohl eine kleine Aenderung erleiden. Man kann selbst ein oder mehrere Salze davon fortlassen, falls man nicht gerade darauf bedacht sein sollte, das Maximum von Leitungsfähigkeit der Lösung zu erzielen.

Erstes Mischungsverhältnifs (nach Gewichten).

Wasser . 1200,

Natron 300,

Kali 100,

chlorsaures Kali ... . . 20,

chlorsaures Natron . . . 20,

Chlorkalium . . . . . 20,

Chlornatrium ..... 20,

schwefelsaures Kali ... 20,

schwefelsaures Natron . . 20.

Die Mischung ist vorsichtig abzugiefsen und die Rückstände sind zu entfernen.

Diese Flüssigkeit besitzt ein hohes Leitungsvermögen, und wird man sie darum mit Vortheil nicht allein bei denjenigen Batterien, in denen Kupfersalze als Depolarisatoren dienen, anwenden, sondern auch bei der Mehrzahl der anderen, mit zwei verschiedenen Lösungen arbeitenden Batterien, namentlich bei der Gr0ve'sehen Batterie.

Depolarisatorflüssigkeit.

Um die Leitungsfahigkeit des Kupfervitriols zu erhöhen, welches den Hauptbestandtheil der vorgenannten Depolarisatorflüssigkeiten bildet, füge ich mehrere andere lösliche Salze in verschiedenen Quantitäten hinzu. Man kann darum die folgenden Gewichtsverhältnisse auch ändern oder auch einige Bestandtheile fortlassen, falls man das Maximum der Leitungsfähigkeit der

herzustellenden Flüssigkeit zu erreichen nicht für nothwendig hält.

Zweites Mischungsverhältnifs	I 200,
(nach Gewichten).	240,
Wasser	60,
schwelsaures Kupferoxyd	20,
salpetersaures Kupferoxyd .	20,
chlorsaures Kali ....	20.
chlorsaures Natron	i. ·~τ f 2O,
Chlorkalium	20,
Chlornatrium	2O,
gesättigte Chlorzinklösung .	2O,
schwefelsaures Kali . . ..	2O.
schwefelsaures Natron .
schwefelsaures Zinkoxyd

Eine Batterie mit Zink- und Kupferpolplatten, mit den beiden nach vorstehenden Angaben zusammengesetzten Flüssigkeiten versehen, bietet dem galvanischen Strom weit weniger Leitungswiderstand als eine Batterie, welche mit einfachen Auflösungen von Aetznatron und schwefelsaurem Kupferoxyd unterhalten wird, nur ist ihre elektromotorische Kraft ein wenig schwächer.

Die Benutzung der nach vorstehenden Angaben hergestellten Flüssigkeiten kann man dadurch wesentlich vereinfachen, dafs man dem Consumenten die vollständig fertig präparirte Flüssigkeit liefert, oder dafs man mit Ausnahme des Natrons und des schwefelsauren Kupferoxyds nach vorstehenden Mischungsverhältnissen zusammengesetzte Dosen der betreffenden chemischen Substanzen in Pulverform oder als Lösung fabricirt, so dafs diese Dosen dann als Zusatz zum Natron bezw. schwefelsauren Kupferoxyd verwendet werden können, welche letzteren beiden Bestandtheile der Consument sich selbst leicht beschaffen und lösen kann.

Aufbesserung oder Auffrischung der
Flüssigkeiten.

Bei den galvanischen Batterien, welche mit wirksameren Flüssigkeiten arbeiten, wie solche nach dem beschriebenen Verfahren zusammengesetzt und hergestellt sind, findet man, nachdem sie eine Zeit lang in Thätigkeit gewesen sind, dafs die dabei verwendeten Substanzen anders zusammengesetzt sind, ohne indessen am Gewicht eingebüfst zu haben. Es ist möglich, diese Rückstände zu regeneriren, d. h. ihnen fast die gleichen chemischen Eigenschaften wieder zu ertheilen, die auch die ursprüngliche Flüssigkeit besafs.

Zu diesem Behufe verwende ich in der Regel die Elektricität, welche von elektro-magnetischen Maschinen erzeugt wird, indem ich ein etwas gröfseres Quantum Elektricität aufwende, als dasjenige ist, welches mit Hülfe der verbrauchten Flüssigkeiten erzeugt worden.

Prüft man den Zustand der durch den Strom zersetzten Flüssigkeiten, so findet man, dafs die Erregerflüssigkeit Soda und Potasche enthält, wobei diese Alkalien in der die Zinkplatte enthaltenden Zelle theilweise Zinkverbindungen, in beiden Zellen aber bei ihrem Zusammentreffen mit schwefelsauren und salpetersauren Verbindungen sowie mit Schwefel- und Salpetersäuren, welche bei der Zersetzung der Salze entstehen, schwefelsaure und salpetersaure Verbindungen eingegangen sind.

Die Depolarisatorflüssigkeit wird schwefelsaure und salpetersaure Kupferverbindungen eingegangen sein, wobei diese Salze durch den Wasserstoff, welcher ihr Kupfer gefällt hat, quantitativ ein wenig vermindert und auch von der Potasche und der Soda, welche etwas von ihrem Kupferoxyd niedergeschlagen haben, angegriffen worden sind.

Der metallische Kupferniederschlag ist zum Theil auf der Kupferplatte abgelagert, zum Theil aber auch in der das Kupfer enthaltenden Zelle zerstreut niedergeschlagen.

Das Zink des betreffenden galvanischen Elementes hat ungefähr einen gleichen Gewichtsverlust erlitten, als der Kupferniederschlag beträgt, weil die chemischen Aequivalente beider Metalle fast gleich hoch sind.

Mein Verfahren der Auffrischung oder Re^ generirung der zersetzten Flüssigkeiten sowie der Wiedergewinnung der Rückstände besteht nun in folgendem:

Beide Flüssigkeiten werden von einander getrennt abgefüllt; man filtrirt sie durch, um aus beiden das niedergeschlagene Kupferoxyd und das gefällte, nicht homogene unreine Kupfer zu erhalten. Dann benutzt man dieselben zur Bildung einer secundären oder Regenerationsbatterie, indem man wieder die alten Zink- und Kupferplatten däzunimmt und leitet in diese Batterie einen kräftigen, von einer magnetoelektrischen Maschine erzeugten Strom, und zwar im umgekehrten Sinne derjenigen Stromrichtung, welche die Batterie hervorzubringen das Bestreben hat. Dadurch löst sich das Kupfer auf und bildet namentlich wieder schwefelsaure und salpetersaure Kupferverbindungen; das durch die elektrolytische Wirkung niedergeschlagene Zink setzt sich theilweise an der Zinkplatte, theilweise in der Zelle dieser Elektrode ab.

Nach Verlauf einer gewissen Zeit hat die Flüssigkeit in der Zinkzelle die gewünschte alkalische Beschaffenheit wiedererlangt, während die Flüssigkeit in der Kupferzelle in den sauren Zustand übergegangen ist. Man giefst nunmehr die alkalische Flüssigkeit vorsichtig ab, wobei man die Zink- und Kupferniederschläge sammelt. Dann filtrirt man diese Flüssigkeit durch, ertheilt ihr durch Concentrirung oder Verdünnung die gewünschte alkalische Beschaffenheit, worauf sie wiederum zur Benutzung bei primären Batterien fertig ist.

Die saure Flüssigkeit wird getrennt abgefüllt. Nachdem die Krystalle der schwefelsauren und salpetersauren Kupferoxyde daraus entfernt worden, bringt man das Kupferoxyd ein, das man vorher gesammelt, und läfst es zusammen mit den Kupferrückständen, die sich darin auflösen sollen, kochen. .

Sodann neutralisirt man die Flüssigkeit durch Aufgiefsen einer alkalischen Lösung und löst die schwefelsauren und salpetersauren Kupferverbindungen wieder auf. Die so gewonnene schwachsaure Lösung kann, in die Kupferzelle gebracht, wieder als Depolarisatorflüssigkeit dienen, nachdem man sie durch Concentrirung oder Verdünnung auf den gewünschten Stärkegrad gebracht hat.

Die auf diese Weise aufgefrischten oder regenerirten Flüssigkeiten zeigen zwar nicht die nämliche Zusammensetzung wie die ursprünglich benutzten, sie enthalten aber dieselben Salze und ohne Zweifel noch einige Salze mehr (Doppelsalze, Dreifachsalze u. s. w.).

Behufs bequemerer Versendung an die Consumenten wird man zweckmäfsig die Flüssigkeiten zur Trockne eindampfen.

Die alten abgenutzten Zinkplatten und Zinkrückstände können zum Einschmelzen verkauft werden.

Die in der secundären oder Regenerationsbatterie angefressenen Kupferplatten werden wieder bei der primären Batterie verwendet.

Unter diesen Verhältnissen ist die Erneuerung der Flüssigkeiten und der Batterien in der Hauptsache auf einen Aufwand von motorischer Kraft zurückgeführt. Indem man diese auf ökonomische Weise in den Regenerationsanstalten mit Hülfe kräftiger Maschinen producirt, kann man in den aufgebesserten Flüssigkeiten Elektricität aufspeichern, welche man vertheilen und transportiren kann.

Der Transport derart durch Maschinen angehäufter Elektricität wird in vielen Fällen leichter und ökonomischer sein, als die directe Uebertragung durch Leitungsdrähte.

Bei kleinen elektrischen Motoren in Anwendung gebracht, werden aufserdem die mit regenerirten Flüssigkeiten arbeitenden Batterien auf eine noch indirectere aber nichtsdestoweniger vortheilhafte Weise den Transport der motorischen Kraft realisiren.

Ich weise hier zugleich darauf hin, dafs das Wesen meiner Neuerungen, betreffend die Aufbesserung der bei elektrischen Batterien in Anwendung kommenden Flüssigkeiten, in dem von mir angewendeten, in Vorstehendem ausführlich beschriebenen Verfahren der Herstellung einer grofsen Leitungsfähigkeit der betreffenden Flüssigkeiten beruht.

Es ist von Wichtigkeit, das Princip dieses Verfahrens zu entwickeln und es zu einem klaren, präcisen Ausdruck zu bringen.

Dies Princip ist folgendes:

Wenn man ι g eines löslichen Salzes in ι 1 Wasser bringt, so wird dessen Leitungsfähigkeit sich merklich erhöhen; wenn man gleich darauf ein zweites Gramm desselben Salzes hinzuthut, so wird die Leitungsfähigkeit zwar weiterwachsen, aber es ist die Differenz der Leitungsfähigkeiten zwischen der ersten und zweiten Salzlösung geringer als zwischen der ersten Salzlösung und dem reinen Wasser.

Wenn man endlich zur ersten, ι g Salz enthaltenden Lösung ι g eines anderen löslichen Salzes zugiebt, so wird die Leitungsfähigkeit in diesem Falle diejenige noch übertreffen, welche man durch Auflösung von 2 g des einen der beiden Salze erhält. Ganz allgemein: in einer _ ein oder mehrere Salze enthaltenden Lösung erhöht man durch Zusatz eines neuen Salzes die Leitungsfähigkeit, falls das zugefügte Salz von anderer Beschaffenheit als die bereits aufgelösten ist. In allen Fällen ist die einem jeden Salz eigenthümliche Leitungsfähigkeit auf das Endresultat von Einflufs; aber das hier dargelegte Princip trifft stets zu. ' Um einer Flüssigkeit eine grofse Leitungsfähigkeit zu geben, ist es vortheilhafter, viele verschiedene Salze in kleinen Mengen anzuwenden, als von einem oder zwei Salzen eine grofse Quantität zu nehmen. Dies Princip liegt meinen Neuerungen zu Grunde und bildet das Wesen meines Verfahrens, trotzdem dafs Soda und schwefelsaures Kupferoxyd die Hauptbestandtheile meiner Flüssigkeiten sind. Und wenn ich auch hauptsächlich Erregerflüssigkeiten mit überwiegendem Sodagehalt und Depolarisatorflüssigkeiten mit überwiegendem schwefelsauren Kupferoxydgehalt darstelle, so nehme ich doch ausdrücklich als meine Erfindung in Anspruch, durch Combination vieler verschiedenartiger Lösungen den Stromwiderstand in galvanischen Batterien, wie solchen das Aetznatron und das schwefelsaure Kupferoxyd darbieten, vermindern zu können.

Bei dieser Gelegenheit bemerke ich noch, dafs diese hinzuzufügenden Salze durch den galvanischen Strom geringe Aenderung erleiden, so dafs man sie nach der Zersetzung der Flüssigkeiten fast intact findet und sie deshalb von neuem entweder in denselben, zuvor aufzufrischenden oder in neuen Flüssigkeiten verwenden kann.

Das Zinkoxydhydrat löst sich in hohem Grade in concentrirter Aetznatron- oder Aetzkalilauge; es ist wenig in einer schwachen Lauge und in Wasser gar nicht löslich.

Diese Eigenschaften benutze ich, um die hauptsächlich aus Aetznatron oder Aetzkali bestehenden Flüssigkeiten aufzufrischen, mit Wiedergewinnung des in den Zellen gebildeten Zinkoxydhydrats.

Ich setze eine durch den galvanischen Strom .zersetzte Flüssigkeit, deren Hauptbestandtheil

Aetznatron oder Aetzkali ist, voraus, welche infolge der Zersetzung mit Zinkoxydhydrat vermengt ist. Mit einer solchen Flüssigkeit verfahre ich wie folgt:

Zunächst trenne ich durch vorsichtiges Abgiefsen das unlösliche Zinkcarbonat, das sich durch Einwirkung der Kohlensäure der Luft oder der mit den Alkalien zufällig verbundenen Carbonate gebildet hat. Sodann versetze ich die vom unlöslichen Zinkcarbonat befreite Flüssigkeit mit vier bis acht Volumentheilen Wasser, um das Zinkoxydhydrat niederzuschlagen; der Niederschlag wird ein um so vollkommenerer, je gröfser das zugesetzte Wasserquantum ist. Hierauf giefse ich wieder vorsichtig ab; das gesammelte Zinkoxydhydrat wird mit Wasser gehörig gewaschen und dann getrocknet. Es verbleibt nun eine schwache, vom gröfsten Theil ihres Zinkoxydhydrats befreite Lauge; diese dampfe ich ein und concentrire sie bis zum ursprünglichen Aräometergrade. Die Kohlensäure, welche im Verlaufe des Processes die Flüssigkeit hat aufnehmen können, scheide ich durch Zusatz von Kalkhydrat aus.

Dies Verfahren der Lösung des Zinks ist bei allen Aetzkali oder Aetznatron enthaltenden, bei galvanischen Batterien in Anwendung kommenden Flüssigkeiten durchführbar, namentlich aber bei den Erregerflüssigkeiten.

Die Gegenwart der bei diesen Flüssigkeiten dem Aetznatron und Aetzkali zugesetzten leitungsfähigen Salze bildet kein Hindernifs, neue Auffrischungsprocesse in vorbeschriebener Weise vorzunehmen, da diese Salze durch Zusatz von Wasser nicht niedergeschlagen werden.

Claims (6)

1. Patent-AnSprüche:

   i. Das beschriebene Verfahren der Erhöhung der Leitungsfähigkeit von Erregungsflüssigkeiten, deren Hauptbestandtheil Aetznatron oder ein anderes Salz bildet, darin bestehend, dafs man in beliebigen Mischungsverhältnissen alle oder doch fast alle vorstehend hierfür angeführten Salze genannten Flüssigkeiten zusetzt.
2. 2. Das beschriebene Verfahren der Erhöhung der Leitungsfähigkeit von Depolarisatorflüssigkeiten, deren Hauptbestandtheil schwefelsaures Kupferoxyd bildet, darin bestehend, dafs man in beliebigen Mischungsverhältnissen alle oder doch fast alle vorstehend hierfür angegebenen Salze als Zusatz bei derartigen Flüssigkeiten verwendet.
3. 3. Die Herstellung von solchen Mischungen, welche, trocken oder in Wasser gelöst, alle oder fast alle diejenigen Substanzen enthalten, die im ersten Falle als Begleiter des Aetznatrons angeführt sind und dazu dienen, einer Aetznatronlösung beigemischt zu werden, um dadurch eine Erregungsflüssigkeit zum Gebrauch für galvanische Batterien zu bereiten.
4. 4. Die Herstellung von solchen Mischungen, welche, trocken oder in Wasser gelöst, alle oder fast alle diejenigen Substanzen enthalten, die bei der zweiten Vorschrift als Begleiter des schwefelsauren Kupferoxyds angeführt sind und dazu dienen, einer Lösung von schwefelsaurem Kupferoxyd beigemischt zu werden, um dadurch eine Depolarisatorflüssigkeit zum Gebrauch für galvanische Batterien zu bereiten.
5. 5. Bei meinen Erregungs- und Depolarisatorflüssigkeiten das Verfahren der Auffrischung oder Regenerirung, wonach man die regenerirten Substanzen trocken oder in Wasser gelöst herstellt.
6. 6. Das Verfahren, bei der Auffrischung oder Regenerirung von Flüssigkeiten, welche bei galvanischen Batterien verwendet werden und deren Hauptbestandtheil Aetznatron oder Aetzkali ist, das Zinkoxydhydrat wieder zu gewinnen, hauptsächlich darin bestehend, das Zinkoxyd in Wasser zu fällen, die Laugen zu concentriren und die etwa vorhandene Kohlensäure durch Kalkmilch zu entfernen.