DE2045350A1

DE2045350A1 - Primärelement mifAnode aus einer Magnesium-Lithium-Legierung

Info

Publication number: DE2045350A1
Application number: DE19702045350
Authority: DE
Inventors: Hammond Edward Temple Escondido Calif. Gowen (V.StA.). HOIm 21-14
Original assignee: SALINE POWER SYSTEMS Inc
Current assignee: SALINE POWER SYSTEMS Inc
Priority date: 1970-09-14
Filing date: 1970-09-14
Publication date: 1972-03-16

Description

"Primärelement mit Anode aus einer Nagneslum-Lithium-Legierung" Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Primärelement zur Erzeugung eines Gleichstroms. Das erfindungsgemäße Element besteht aus einem alkalisqhem Elektrolyten, z.B. Meerwasser, einer Primärkathode aus einem Edelmetall wie Silber, Palladium, Platin, Gold oder Osmium, und einer Anode aus einer hauptsächlich aus Magnesium und einer verhältnismäßig kleinen Lithiummenge bestehenden Legierung. Das Magnesium hat zwekmäßigerweise einen Reinheitsgrad von 98 - 99 % und die Lithiumkonzentration in der Legierung macht 4 - 6 % des Molekulargewichts der fertigen Legierung aus.
Andere Einzelheiten und die torteile des erfindungsgemäßen Elements ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figur, die schematisch eine vorzugsweise Ausfthrungsform des erfindungsgemäßen Primärelements zeigt.
Das Primärelement 10 umfaßt einen Behälter 12 für den Elektrolyten 14, in den die Kathode 16 und die Anode 18 eintauchen. Bei der Kathode handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Primärkathode mit Eisen oder Stahl als Grundmaterial, in das Gold von der Oberfläche her eindiffundiert ist um die Oxydation des Kathodenmateriale zu verhindern. Die äußeren Elemente des Stromkreises umfassen Wine mit der Kathode 16 terbundene Leitung 20, einen Schalter ?2, einen 3elastungswiderstand 24, und eine mit der Anode 18 verbundene Leitung 26. Die Anode des erfindungsgemäßen Elements besteht aus einer Magnesium und Lithium enthaltenden Legierung mit einem Lithiumgehalt von 3,5% bis 10%, bezogen auf das Molekulargewicht der Legierung, wobei Lithiumgehalte zwischen 4% und 6% am zweckmäßigsten sind. Die Erfahrung zeigt, daß eine Magnesium-Lithium-Anode mit 3,5% Lithium eine wesentlich höhere Ausgangsleistung hat als eine lithiumfreie Magnesium-Anode. Wenn der Lithiumgehalt der homogenen Magnesium-Lithium-Legierung auf 4% bis 6% erhöht wird, ergibt sich eine 6 - 10-fache Erhöhung der Oxydationegeschwindigkeit der Anode im Vergleich zu einer lithiumfreien Magnesium-Anode. Die Oxydationsgeschwindigkeit steigt in geringem Maße weiter an, wenn mehr als 6 % Lithium in der Legierung verwendet werded, doch überwiegt der starke, durch das Lithium verursachte Kostenanstieg die damit erzielbare Leistungssteigering.
Die spezifische Wirkung des Lithiums beruht auf seiner katalytiachen e oksamknit während der Umsetzung und Auflösung der Anode und erhöht die Änodenleistung etwa um einen faktor 7 im Vergleich Fit einer lithiumfreien Anode. Neben der elektrischen Energie ergeben sich Wasserstoff, Lithiumhydrid und Magnesiumoxyd als Endprodukte.
Die Anode des erfindungsgemäßen Elements liefert einen Strom von 0,1 - 0,15 Ampere pro Quadratentimeter und hat damit eine 6 - 10 mal höhere Leistung als eine Standardanode aus Magnesium. Pie gesamte, pro Gewichtseinheit lieferbare Energie ist im Vergleich zu einer Standardanode aus Magnesium nicht erhöht, doch ist die Leistungsabgabe im Vergleich zu einer Standardanode mit gleicher Fläche wesentlich erhöht. Lithium vermindert außerdem die Wasserstoffgasbildung, da die Reaktionvon Wasserstoff mit Lithium Lithiumhydrid ergibt. DieLithiumatome ergeben ferner als vorteilhaften Effekt eine gleichmäßiger Stromabgabe über die gesamte Anodenfläche, sodaß sich äußerst feinkörnige Reaktionsprodukte ergeben, die vom Elektrolyten von der Anodenfläche gewaschen werden Das erfindungegemäße Primärelement kann in-be-l-iebigen Größen hergestellt werden und hat dabei eine Leistung von 0,09 -0,12 Ampere pro Quadratzentimeter Anodenfläche bei einer Zellenspannung von 0,75 Volt. In an sich bekannter Weise kann eine Anzahl von Elementen in Reihe geschaltet werden um höhere Spannungen zu erzeugen.
Bei Verwendung der Legierungsanode ergibt sich eine um etwa 450 % bessere Raumauenutzung. Ein Standardelement ohne Lithium nimmt beispielsweise ein Volumen von 35 cm x 120 cm X 155 cm ein, während ein erfindungBgemäße,s Legierungselement der gleichen Leistung in einem Raum von 35 cm x 35 cm x 120 cm untergebracht werden kann.
Reines Magnesium als Legierungsbestandteil liefert die besten Ergebnisse, doch haben Magnesiumverunreinigungen bis zu 6 % einen äußerst geringen Einfluß auf die Stromabgabe, der angesichts der erhöhten Leistungsabgabe vernachlässigt werden kann. Geeignete Magnesiumlegierungen, z.B. die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) beschriebenen Legierungen AZ31B und AZ61A oder die im Handel unter der Bezeichnung GEMAG bekannte Legierung, können verwendet werden.
Alkalische Elektrolytflüssigkeiten in der Form von Salzlösungen, wie z.B. Meerwasser, können im Element verwendet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Primärelement mit einem Behälter (12) zur Aufnahme eines alkalischen Elektrolyten (14) und einer Kathode (16), gekennzeichnet durch eine im Elektrolyten (14) eingetauchte, sich im Betrieb auflösende Anode (18) aus einer Legierung aus Magnesium und Lithium mit vorzugsweise 3,5% bis 10% Lithium bezogen auf das Molekulargewicht der Legierung.

2. Primärelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine inaktive Primärkathode (16).

3. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Legierung homogen ist.

4. Primärelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine als Elektrolyt (14) verwendete Salzlösung.

5. Primärelement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Kathode (16) aus Stahl als Grundmaterial mit einem oberflächlich eindiffundierten Edelmetall.

6. Primärelement nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch oberflächlich eindiffundiertes Gold.

L e e r s e i t e