DE207705C

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Publication number: DE207705C
Application number: DENDAT207705D
Authority: DE

Description

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 207705 -KLASSE 21 b. GRUPPE

Primär-Element. Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Februar 1907 ab.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Primär-Element, bei welchem die Lösungselektrode von der Ableitungselektrode umgeben ist, und bei welchem das Größenverhältnis zwischen der wirksamen Fläche der Ableitungselektrode zur wirksamen Fläche der gegenüberstehenden Lösungselektrode größer ist als das entsprechende Größenverhältnis glatter Flächen von gleichen Abmessungen

ίο wie die Elektrodenflächen. Die Erfindung be-• zweckt, die Ermöglichung einer billigen Herstellung des Elements und die Erzielung eines sparsamen Materialverbrauches sowie einer möglichst gleichförmigen Energie und großen Stromdichte.

Um eine billige Herstellung zu ermöglichen, wird die Ableitungselektrode hohlzylindrisch gemacht, so daß sie auf der Strangpresse in beliebiger Länge gepreßt werden kann. Die hohlzylindrische Form hat zugleich zur Folge, daß eine wirksame selbsttätige Zirkulation des Elektrolyten dadurch hervorgerufen werden kann, daß die hohlzylindrische'Ableitungselektrode in einen Ringkörper aus elektrolyt-· festem bzw. elektrolytfestem und isolierenden Material eingebaut wird, der seinerseits so in das Elementgefäß eingesetzt wird, daß ein Ringraum auf der Außenseite verbleibt, der oben und unten an den Enden der Elektrode vorbei mit der inneren Höhlung der Ableitungselektrode in Verbindung steht. Je größer die Stromstärke und damit auch die Erwärmung des Elektrolyten ist, um so kräftiger wird diese selbsttätige Zirkulation sein, so daß die Konstanz des Stromes und der Spannung aufrechterhalten bleibt. Der Tragekörper für die Ableitungselektrode bietet zugleich die Möglichkeit, in konstruktiv einfacher Weise einen Hohlraum zur Einleitung von Gasen zu schaffen, welche durch die Elektrodenmasse hindurchzutreten vermögen und die Fortführung von Wasserstoff von der Innenseite der Ableitungselektrode begünstigen. Der Tragekörper kann auch mit der Ableitungselektrode aus einem Stück hergestellt werden, z. B. aus Kohle, wobei in dem Kohlekörper Aussparungen vorhanden sind, welche nach außen gasdicht abgeschlossen werden.

Die hohlzylindrische Form der Ableitungselektrode ergibt zugleich die Möglichkeit einer in der Herstellung sehr einfachen Vergrößerung der Oberfläche, z. B. durch Rippung, wodurch die Ökonomie des Elements günstig beeinflußt wird. Da aber die Vergrößerung der Oberfläche der Ableitungselektrode praktisch nicht über gewisse Grenzen hinausgetrieben werden kann, so empfiehlt es sich zu gleicher Zeit, die wirksame Oberfläche der Lösungselektrode zu verringern. Die Verringerung der wirksamen Lösungsfläche kann entweder durch die Verteilung am Umfangskreise der Elektrode, z. B. durch Stäbe oder Bänder, oder durch die Verteilung in der Elektrodenlänge, z. B. durch Scheiben oder Würfel, geschehen.

Da der Elektrodenabstand tunlichst klein zu halten ist, würde, besonders bei größeren bzw. breiteren Elementen, die Lösungselektrode unnötig massig ausfallen, weshalb dieselbe auf einem Kernkörper angebracht wird! Der Kernkörper bezweckt somit, dasjenige Volumen innerhalb der Lösungselektrode auszufüllen,, wo das Lösungsmaterial durch die

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größere Entfernung von der Ableitungsfläche anfängt, die Ökonomie ungünstig zu beeinflussen. Falls der Kernkörper bei starken Elektroden selbst zu massig ausfallen würde,

.5 kann er zwecks¹ Erleichterung bzw. Verbilligung als Hohlkörper ausgeführt werden. Die-, ser Kernkörper soll einerseits sich nicht an dem elektrochemischen Prozeß beteiligen und andererseits die zur Unwirksamkeit bestimmte

ίο Innenseite der Lösungselektrode gegen den

Elektrolyten isolieren. - - ■ ' -

Die Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt.

Fig. ι bis 3 veranschaulichen eine den entwickelten Gesichtspunkten entsprechende vollständige Elementkonstruktion; und zwar zeigt Fig; ι das Element im Längsschnitt nach der Linie C-D der Fig. 2, Fig. 2 im Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 und Fig. 3 im Querschnitt nach der Linie E-F der Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit der Lösungs- ■ elektrode.

Die Fig. 5 bis 11 zeigen verschiedene abgeänderte Elektrodenformen.

Bei· der Elementkonstruktion nach Fig. 1 bis 4 besteht die Lösungselektrode (Zink) aus

. einem Kern 20 mit auf denselben aufgesetzten würfelartigen Zinkstücken oder Zinklegierungsstücken 21, welche zwischen zwei Isolierstücken 23 und 24 (Porzellan oder Hartgummi) zusammengepreßt und ev. durch Isolierungen 22 (eingegossenen Wachs- oder Porzellanringen, Hartgummi usw.) an der Angriffsfläche verkleinert sind.

Das untere Abschlußstück 23 dieser Lösungselektrode ist mit einer Höhlung auf einen Zapfen 25 aufgesetzt. Die beiden Endstücke 23 und 24 sind mit Vor Sprüngen 26 und 27 versehen, zwischen welchen genügend Raum zum Durchfließen des Elektrolyten vorhanden ■ ."ist. '·. ■

Die Ableitungselektrode 28 (Kohle) ist-auf der Innens°eite mit Rippen 29 versehen und

__ wird nach Befestigung von einem oder mehre-

ren Stromableitungsstreifen 30 nebst einem Abführungsdraht 31 in einen elektrolytfesten Mantel 32 eingeschoben und von dem unteren elektrolytfesten Deckel 33 festgehalten.

Es bildet sich alsdann ein Ringraum 34, welcher durch die Röhre 35 eine Verbindung nach außen erhält. Der Draht 31 wird zweckmäßig durch diese Röhre 35 nach außen abgeführt und in einen Metallnippel 36 eingelötet. ' Zur Stromableitung wird z. B. um diesen Nippel ein Klemmbügel 37 befestigt.

Der Nippel 36 besitzt z.'B. eine Innenverschraubung 38 zur Verbindung mit irgendeinem Schlauchnippel zur Einführung von ■

■·'. Gasen, z. B. Druckluft, Kohlensäure usw., in den Ringraum 34. Die in den Ringraum 34 eingeführten Gase dienen dazu, nach ihrem Durchgang· durch die poröse Kohle den an der Kohle sich lagernden Wasserstoff mechanisch mitzureißen oder chemisch zu binden,. sowie auch den in dem Hohlraum 39 befindlichen Elektrolyten mit aufsteigen zu lassen.

Der Kohleträger 33 ist sowohl unten wie oben durch, breite Öffnungen 40 bzw. 41 zwischen Füßen 42 bzw. 43 offengehalten, damit der Elektrolyt oben aus- und Unten einströmen kann, nachdem er sich außerhalb des Trägers bzw.'des Mantels 32 abgekühlt hat.

Der Kohleträger stützt sich mit den Platten 44 und 45 gegen die Innenseiten des Bodens bzw. des Deckels des Elementgefäßes, welches letztere aus einem Zylinder 46 besteht, der am Boden Zentrierbacken 47 für die Fußplatte 44 besitzt. Zwei Tüllen 48 und 49 dienen zur Einfüllung bzw. Entleerung des Elektrolyten.

Der Deckel 50 besitzt auf seiner Innenseite eine Vertiefung, welche die Zentrierung der Platte 45 an dem oberen Ende des Kohleträgers bewirkt; ferner besitzt der Deckel eine Öffnung für den Durchtritt der Röhre 35 und eine weitere öffnung für den Durchtritt der Lösungselektrode bzw. des Kernes 20 derselben. Die letzterwähnte Öffnung des Deckels ist so groß, daß die Lösungselektrode durch dieselbe herausgezogen werden kann, ohne das Element im übrigen zu stören. Um dies zu er-■möglichen, sind die Abschlußstücke 23, 24 der aus aktiver Masse bestehenden Abschnitte der Lösungselektroden so klein gehalten, daß sie an den sie einschließenden Rippen der Kohleelektrode vorbeigehen können, ohne einen Strom- bzw. Kurzschluß herbeizuführen. Die zur Herausnahme der Lösungselektrode dienende Öffnung des Deckels ist durch einen Schraubenstopfen 51 verschlossen, durch den der Kern 20 der Lösungselektrode nach außen hindurchtritt. Der Kern 20 der Lösungselektrode dient zugleich zur Stromableitung und ist zu diesem Zweck außerhalb "des Elementgefäßes mit einem Klemmbügel 52 versehen. Nach Herausschrauben des Stopfens 51 kann die Lösungselektrode ohne weiteres aus dem ν Elementgefäß herausgehoben werden, was eine rasche Auswechslung von verbrauchten Lösüngselektroden ermöglicht.

Man kann, falls erforderlich, den unteren Teil (42,44) des Kohleträgers fortlassen und eine Aufhängung der beiden Elektroden am Deckel 50 vornehmen, indem man den Teil 45 am Deckel festschraubt und den Kern 20 in dem Stopfen 51 festklemmt bzw. mit einer Verschraubung versieht.. Auf diese Weise wird es möglich, das Elektrodenpaar insgesamt aus dem Elektrolyten herauszuheben. Die Zinkelektrode bleibt dabei infolge der Vorsprünge 26 und 27 immer zentrisch und isoliert mitten zwischen den Kohlerippen 29 ■ ' 'hängen. ■ - ..:...■■■:..■.■".

Die Würfelform der Stücke 21 mit abgestumpften Kanten trägt dem Umstände Rechnung, daß beim Verbrauch des Materials der Durchmesser der Elektrode sich verringert. Um einer Verringerung der wirksamen Oberfläche vorzubeugen, muß für, eine Vergrößerung in Richtung der Höhe Sorge getragen werden, was durch die beschriebene Form der Stücke 21 geschieht, wie insbesondere auch Fig. 4 erkerinen läßt, die einen abgenutzten Würfel zeigt. ■ ■ ■

Die Ableitungselektrode kann mit einer Ummantelung versehen werden, welche einen äußeren Ringraum 7 (Fig. 5) bildet, in welchen Gase hineingeblasen werden können; der Elektrodenkörper wird dabei zweckmäßig auf seiner Außenseite, d. h. auf der von der Lösungselektrode abgewandten.Seite, dicht gemacht bzw. zementiert und isoliert, wie es bei 8 (Fig. 5) angedeutet ist.

Durch die allmähliche Auflösung des Materials der Lösungselektrode wird jedoch nur bei kleinen Elementen das Oberflächenverhältnis zwischen beiden Elektroden in erheblicherem Maße geändert, so daß praktisch nur hier für eine Kompensation in der erwähnten Weise Sorge zu tragen ist. Bei größeren Elementen wird die Abnahme des Durchmessers kaum bemerkbar, so daß man hier einfach, wie in Fig. 7 angedeutet ist, einen-Zinkzylinder 12 auf einen Kern 13 aufsetzen kann, welche Anordnung den Vorteil besitzt, daß der Zinkzylinder fast völlig aufgebraucht werden kann.

. Bei der Anordnung nach Fig. 7 ist ein Ableitungsdraht 14 vorgesehen, der auf der Innenseite des Zinkzylinders in einer Nut des Kernes 13 liegt, der hier als aus Isoliermaterial (Porzellan, Hartgummi usw.) bestehend angenommen ist. ..

Der Kern 13 kann aber auch aus irgendeinem nicht angreifbaren Metall oder, einer Metallegierung bestehen, wobei der Draht 14 in Fortfall kommt.
Fig. 6 und 8 bis 11 veranschaulichen beispielsweise einige weitere Formen von Lösungselektroden mit im Verhältnis zur Länge bzw. zum Umfange beschränkter wirksamer Fläche, worauf bereits weiter oben andeutungsweise hingewiesen wurde.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Anordnung sind auf einen Kernkörper 11 Ringe 9 aus dem ■■; aktiven Material der Lösungselektrode aufgesetzt, welche an ihrem dem Kernkörper 11 benachbarten Teil nabenartige Verdickungen besitzen, so daß zwischen je zwei Ringen 9 eine Lücke verbleibt, die durch einen Ring 10 aus Isoliermaterial ausgefüllt ist.
:. Gemäß Fig. 8 und 9 ist ein Zinkband 15 schraubenförmig an einen Kern 16 herangewunden; gemäß Fig. 10 und 11 sind Zinkstäbe 17 in senkrechte Nuten eines Kernkörpers 18 eingesetzt. Überhaupt können behufs Bildung der Lösungselektrode Bänder, Stäbe oder '.Drähte auf verschiedenste Weise auf einem isolierenden oder nicht isolierenden Kern befestigt werden. Falls dieser Kern aus einem isolierenden Material (Porzellan, Hartgummi) · besteht, sind besondere Stromableitungen nötig, wie solche bei 53 (Fig. 8 und 9). und 19 (Fig. 10) angedeutet sind. Falls der Kern aus Metall oder einer Metallegierung besteht, kann die Elektrode- ev. noch in eine Isoliermasse eingetaucht werden, indem man nachher die wirksame Oberfläche der Lösungselektrode bloßlegt. . ■

Man kann die auf obenbeschriebene Weise hergestellten Elemente in beliebiger Länge ausführen; je höher die Elektroden gemacht werden, desto besser wird die Zirkulation des Elektrolyten sein. . · ..

Wird eine aus Elementen der vorstehend beschriebenen Art bestehende Batterie dem Luftzug ausgesetzt, wie z. B. bei Anwendung für Elektromobile, dann ist auf einfache Weise das Elementgefäß von außen als Abkühlungskörper zu benutzen und kann dazu noch mit breiten Rippen versehen werden.

Der Elektrolyt wird alsdann fast unmittelbar abgekühlt, nachdem er aus dem wirksamen Hohlraum zwischen den Elektroden warm hin- g₀ ausgeflossen ist.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Primär-Element mit einer die Lösungselektrode konzentrisch umschließenden Ableitungselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungselektrode aus einem vollflächigen Stück gestaltet ist, und daß die Lösungselektrode auf einem elek-

. trolytfesten Kern von solcher Dicke angebracht ist, daß sie möglichst nahe an die Ableitungselektrode herankommt.

2. Primär-Element nach Anspruch 1, • dadurch gekennzeichnet, daß der die Lösungselektrode aufnehmende Hohlraum der Ableitungselektrode unten und oben offen

ist und beiderseits mit dem die Ableitungs-, Elektrode umgebenden Raum in Verbindung steht.

3. Primär - Element nach Anspruch 1 no und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungselektrode von einem sie unter Belassung eines Ringraumes umgebenden elektrolytfesten Körper getragen wird, zum Zweck, die Anwendung von hohlzylindrisehen Ableitungselektroden sowie die Ein^ führung von Gasen in den Ringraum zu ermöglichen.

4. Lösungselektrode mit aus massivem Metall bestehender wirksamer Masse, insbesondere für Elemente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das

Lösungsmetall auf dem Kernkörper verteilt, z. B. in Gestalt von Scheiben, Würfeln, Stäben, Spiralbändern o. dgl., angebracht ist. ■ ... 5. Lösungselektrode nach . Anspruch "4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem stromleitenden Kern eine Reihe von Scheiben ,oder Würfeln mit zwischenliegenden Isolierungskörpern angebracht ist, derart, daß die Scheiben nach der Mitte zu an Dicke zunehmen, zum-Zweck, einen Ausgleich für die durch die Auflösung der Lösungsmasse eintretende Verringerung des Durchmessers der Elektrode zu schaffen.

6. Ableitung'selektrode, vorzugsweise aus Kohle, insbesondere für Elemente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in" ihrem Innern Hohlräume oder Aussparungen besitzt und auf ihrer Außenseite mit einem abdichtenden Mantel oder Überzug versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.