DE3024374A1

DE3024374A1 - Verfahren zum speichern elektrischer energie

Info

Publication number: DE3024374A1
Application number: DE19803024374
Authority: DE
Inventors: Thomas Gordon Royal Oak Mich. Hart
Original assignee: Energy Development Associates Inc
Current assignee: Energy Development Associates Inc
Priority date: 1979-08-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1981-05-27
Also published as: NL8003393A; GB2057747A; US4251568A; DE3024374C2; SE8005951L; CA1144983A; IT1132455B; BE884932A; JPS5635375A; IT8024252A0; CH647099A5; GB2057747B; FR2464568A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer elektrischen Energiespeichervorrichtung mit einem Elektroden-Abteil, in dem mindestens eine positive und eine negative Elektrode enthalten sind.

Sekundärbatterien, die wäßrige Metall-Halogenlösungen als Elektrolyten enthalten und in der freie Halogene das elektroaktive Material bilden, sind außerordentlich gut bekannt und in der gesamten Fachliteratur und in Patentschriften beschrieben. Bei Sekundärbatterien der erwähnten Art wird eine Spannung an die Zelle angelegt, die ausreicht, um an der positiven Elektrode freie Halogene zu entwickeln. In jüngerer Zeit bekannte Patentschriften, die sich mit einem solchen System befassen, beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zur wirksamen Speicherung der während der Ladephase des Batteriebetriebs gebildeten Halogene in einer Weise, die Zugriff zu den Halogenen zur Wiedereinführung derselben in den Elektrolyten während der Batterieentladung ermöglicht. Beispielsweise wird in der US-PS 3 713 888 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung der freien Halogene in Halogenhydrate beschrieben, bei der eine außerhalb des Batteriegehäuses oder des Batteriefaches befindliche Hilfsvorrichtung benutzt wird, und in der US-PS 3 719 526 werden speziell zum Einfangen und zum Halten der freien Halogene ausgelegte Elektroden beschrieben. Diese Systeme weisen, ebenso wie viele andere auf demselben elektrochemischen Vorgang oder Prinzip beruhende einige Nachteile auf, worunter die mögliche Emission von giftigen Halogengasen und die Anbringung einer Hilfsvorrichtung sind.

Infolge dieser Nachteile der auf Halogenen als elektroaktivem Material beruhenden Systeme sind Sekundärbatterien vom Blei-Säure-Typ, die leicht transportierbar sind und keine Hilfspumpen- oder andere Vorrichtungen zum kontinuierlichen Lade- und Entladebetrieb benötigen, noch weitgehend im Einsatz.

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ORIGINAL INSPECTiD

Derartige Blei/Säure-Batterien sind jedoch mit einer hohen Vergiftungsgefahr behaftet, sie wirken auf ihre Umgebung korrosiv und die spezifische Energiemenge, d.h. die speicherbare Energiemenge pro Gewichtseinheit, ist relativ gering. Damit ergibt sich ein Bedürfnis für ein Energiespeicherverfahren, das die sonst guten Eigenschaften in Bezug auf Ladung und Entladung der Blei/Säure-Batterien besitzt, die jedoch eine höhere spezifische Speicherkapazität aufweist und bei der der Elektrolyt oder der Inhalt der Batterie weniger giftig und korrosiv wirkt.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Speichern von elektrischer Energie geschaffen, das es möglich macht, höhere spezifische Energien zu erreichen und zwar bei Batterien mit Elektrolyten, die normalerweise mindestens einen gasförmigen Bestandteil an der positiven Elektrode erzeugen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Sekundärbatterie erzeugt werden, die keine Pumpen oder sonstige Hilfsvorrichtungen zur Speicherung des elektroaktiven Materials braucht und deswegen in der kompakten transportablen Form aufgebaut werden kann, wie sie bei Blei/Säure-Batterien bekannt is.t. Im Gegensatz zu Blei/Säure-Batterien, die auf der Verwendung einer Bleikathode und eines Schwefelsäureelektrolyten beruhen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auf eine breite Vielzahl von Elektrolyten und Materialien für die negative Elektrode angewandt werden, so daß Batterien mit unterschiedlichen Eigenschaften ermöglicht werden. Es ist auch möglich, preiswertere Materialien und solche, die größere Sicherheit bieten, zu benutzen.

Es ist ein weithin angewendetes Prinzip, bei dem Betrieb einer elektrochemischen Zelle die an der Zelle angelegte Spannung während des Ladens ausreichend groß zur Aufrechterhaltung der während des Ladens auftretenden chemischen Reaktion zu halten. Nach diesem Prinzip fließt nur eine

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geringe Stroramenge in Fällen, in denen die Reaktion die Zersetzung des Elektrolyten umfaßt, wenn die Zellen unter der für die Zersetzung erforderlichen angelegten Spannung erhalten. Diese, als. "Zersetzungspotential" bekannte Spannung kann durch Versuche bestimmt werden, und Standardwerte sind veröffentlicht worden, die zur Zersetzung von vielen Elektrolyten einschließlich vielen Halogen-Elektrolyten erforderlich sind. Dementsprechend wird bei dem herkömmlichen Betrieb von mit Halogen-Elektrolyten betriebenen elektrochemischen Zellen die an die Zelle während des Ladevorgangs angelegte Spannung höher als das bekannte Zersetzungspotential gehalten, so daß an der negativen Elektrode Metall abgeschieden wird und an der positiven Elektrode Halogen freigesetzt wird.

Es wurde nun erkannt, daß die Verwendung ausgewählter Kohlenstoffelektroden in elektrochemischen Zellen mit wäßrigen Halogenelektrolyten einen wirksamen Betrieb der Zelle bei Spannungen erlaubt, die beträchtlich unter dem Zersetzungspotential des Elektrolyten liegen, das zur Erzeugung, freier Halogene erforderlich ist, um eine Substanz direkt in der Kohlenstoffelektrode ohne-nennenswerte Erzeugung von freien Halogenen zu speichern und ohne Kohlenstoffoxide in beträchtlichem Ausmaß zu befreien oder die Elektrode zu verbrauchen. Die besondere Art der erzeugten und in der Kohlenstoffelektrode durch das erfindungsgemäße Verfahren zurückgehaltenen Substanz ist nicht bekannt. Ohne eine Beschränkung auf eine besondere Theorie anzustreben, wird angenommen, daß die durch den Kohlenstoff zurückgehaltene chemische Substanz ein Komplex aus Kohlenstoff und einem Bestandteil oder mehreren Bestandteilen des Elektrolyts ist. Daß solche Komplexe gebildet werden können, wird durch bekannte Literaturstellen gestützt. Beispielsweise ist in einem Aufsatz von Hine u.a. "Chlorine and Oxygen Electrode Processes on Glasslike Carbon, Pyrolytic Graphite and Conventional Graphite Anodes",

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erschienen im Heft Juni 1974 des Journal of Electrochemical Society und in Puri "Surface Complexes on Carbons" in Carbon, Dekker, 1974 ein Hinweis darauf enthalten. Unabhängig von der Art des gebildeton Komplexes verleiht die Tatsache, daß kein freies Halogen gebildet wird, dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erhöhte Sicherheit, eine Vereinfachung und eine Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu anderen Halogenbatterien und erlaubt einen Aufbau, einen Umgang und eine Nützlichkeit, die den Eigenschaften von Blei/

entsprechen.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren in der gegenwärtig bevorzugten Ausführung auch die Verwendung von Halogenelektrolyten in Zellen betrifft, die unter der zur Erzeugung von freiem Halogen an der positiven Elektrode erforderlichen Spannung betrieben werden, wird angenommen, daß das grundsätzliche Prinzip der Erfindung, d.h. ein Speichereffekt in ausgewählten Kohlenstoffelektroden, auch auf einen breiteren Bereich von Elektrolyten und Arbeitsbedingungen anwendbar ist. So kann beispielsweise eine große Vielzahl von bekannten Sulfat-, Phosphat-, Nitrat-, Hydroxid- oder Chromat-Elektrolyten in Zellen unter Verwendung der ausgewählten aus Kohlenstoff bestehenden positiven Elektroden eingesetzt werden, um eine chemische Substanz in der Kohlenstoff elektrode zu speichern, die ein Komplex aus Kohlenstoff und einem Bestandteil oder Bestandteilen des Elektrolyten sind beim Betrieb mit einer angelegten Spannung, die sich unter der normalen, zur Befreiung eines Bestandteils oder Bestandteilen des Elektrolyten an der positiven Elektrode bei den bestimmten ausgewählten Elektrolyten erforderlichen Zersetzungsspannung liegt.

Es wird ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichergeräts beschrieben mit einem Elektrodenabteil, in

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dem zumindest eine positive und eine negative Elektrode enthalten ist, wobei die positive Elektrode aus einem nichtgraphitierten Kohlenstoff gebildet ISt₇ und mit einem wäßrigen Halogenelektrolyten. Es wird kontinuierlich ein Strom zum Fließen durch den Elektrolyten gebracht, dieser wird jedoch so beeinflußt, daß die gemessene, an den Elektroden anliegende Spannung unter der zur Erzeugung von freien Halogenen erforderlichen Zersetzungsspannung liegt. Bei Anwendung dieses Verfahrens wird ein Bestandteil des Elektrolyten in der aus Kohlenstoff bestehenden positiven Elektrode zurückgehalten. Die gespeicherte Energie kann als elektrische Energie zurückgewonnen werden, wenn die Elektroden mit einer Widerstandslast verbunden werden, oder wenn die geladene Kohlenstoffelektrode aus dem zum Laden benutzten Gerät entfernt und in ein anderes elektrochemisches Gerät eingesetzt wird. Damit ist die Erfindung bei einer bevorzugten Ausführung auf das Laden und Entladen einer Sekundärbatterie gerichtet.

Im folgenden wird der Ausdruck "reversibles Zersetzungspotential" oder "reversible Zersetzungsspannung" so benutzt, daß die theoretische Spannung oder das reversible Potential betroffen ist, das mit der Änderung der Gibbs'sehen freien Energie bei dem bestimmten chemischen Vorgang verbunden ist, der der Elektrolyt unterzogen wird, wie sie durch die folgende bekannte Formel errechenbar ist:

- Λ G = EnF.

Dabei ist -/\ G die Änderung der Gibb'sehen freien Energie, E ist das reversible Potential, F ist die Faraday'sehe Konstante, d.h. die Elektrizitätsmenge, die zum Abscheiden oder Auflösen eines Gramm-Äquivalentgewichts einer Substanz während der Elektrolyse erforderlich ist und
η die Anzahl der Äquivalente.

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Das reversible Potential kann für jeden Elektrolyten aus den in Handbüchern verzeichneten Angaben für die Gibb'sche freie Energie zur Bildung errechnet werden. Der Ausdruck "Zersetzungspotential" oder "Zersetzungsspannung" betrifft die Spannung, die tatsächlich zum Zerlegen eines Elektrolyten in seine Bestandteile erforderlich ist. Das Zersetzungspotential ist normalerweise um eine Überspannung größer als das reversible Potential, die erforderlich ist, um irreversible Effekte zu überwinden. Die Zersetzungsspannung kann empirisch für bestimmte Zellen durch wohlbekannte, in elektrochemischen Lehrbüchern oder Anleitungen enthaltene Verfahren bestimmt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise nähere erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kohlenstoffanode,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine einzelne Zelle zur Anwendung des erfindungsgemäßen__ Verfahrens, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Spannungsverlaufs über der Zeit bei mit Salzsäure-Elektrolyten in der Vorrichtung nach Fig. 2 durchgeführte Versuchen.

Obwohl die Verwendung von Kohlenstoff als Material für die positive Elektrode eine wesentliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung darstellt, kann die verwendete Kohlenstoff art weitgehend abgewandelt werden, wobei immer noch der erfindungsgemäßen Speichereffekt erreicht wird, obwohl die Größe der Speicherwirkung sich in Abhängigkeit von der

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verwendeten Kohlenstoffart unterscheiden kann. Vorzugsweise wird ein nicht graphitierter Kohlenstoff verwendet, d.h. der Kohlenstoff sollte nicht während längeren Zeitabschnitten Temperaturen über etwa 1OOO°C ausgesetzt werden. Beispielsweise ist Kohlenstoff aus einem Verkokungsverfahren, der durch Erhitzen von Kohle zum Abdestillieren von flüchtigem Material erhalten wird, normalerweise mit Temperaturen behandelt, die beträchtlich unter 1000°C liegen und aus diesem Grunde normalerweise nicht graphitiert. Bevorzugterweise soll der Kohlenstoff einen hohen Grad von Porosität besitzen, und zwar soll die Porosität in der Hauptsache aus mikroskopischen und submikroskopischen Poren bestehen, die einen leichten Zugang des Elektrolyten in das Innere des Kohlenstoffstabes oder der Anode erlaubt. Der Kohlenstoff sollte auch relativ frei von durch den Elektrolyten auslösbaren Verunreinigungen sein, da dadurch die Elektrode geschwächt oder die normale elektrolytische Wirkung oder der erwünschte Speichereffekt gestört werden kann. Offensichtlich kann sich die Art der Verunreinigungen in Abhängigkeit von der besonderen Art des ausgewählten Elektrolyten und Kohlenstoffes ändern.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß die auf handelsüblich erhältlichen Kohlenstoffarten angewandte Behandlungen sich in vielen Beziehungen unterscheiden, und daß viele Behandlungen als Firmengeheimnisse der Hersteller nicht bekanntgegeben werden. Demgemäß kann ein bestimmtes Ausmaß von Untersuchungen erforderlich sein, um den bei einem bestimmten Elektrolyten bestgeeigneten Kohlenstoff zu bestimmen. Beispiele für handelsübliche Kohlenstoffarten, die bei dem beschriebenen Verfahren einsetzbar sind, sind Kohlenstoffart 9LXC der Firma Union Carbide, mit der dauernd Kapazitäten erreicht wurden, die bei der Verwendung in Batterien mehr als 44 W.h. kg entsprechen (20 watt hours per pound) sowie die Kohlenstoffart 37C der Firma Airco Speer Corporation.

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Die Kohlenstoffelektrode kann als massiver Block eingesetzt werden, jedoch wird bevorzugt die in Fig. 1 dargestellte Kohlenstoffelektrode mit granuliertem oder pelletisiertem Kohlenstoff verwendet. Die Verwendung von Kohlenstoff in granulierter oder Pellet-Form ergab eine Reduzierung von Hysterese-Effekten, wie z.B.dem, daß die Ladespannung nur relativ gering abnimmt, wenn die Ladung unterbrochen wird. In noch wichtigerer Weise erlaubt eine derartige Elektrode aus granuliertem Material eine Ladung mit höherem Strom über längere Zeitabschnitte, bevor die zur Erzeugung von freiem Halogen erforderliche Zersetzungsspannung erreicht wird im Vergleich zu massiven Kohlenstoffelektroden, wodurch eine höhere Speicherkapazität angezeigt wird.

In Fig. 1 ist eine zylindrische Kohlenstoffanode 10 gezeigt, die von einem offenmaschigen Polypropylen-Gewebe 12 umgeben ist. Die Maschenweite oder die Größe der Öffnungen des Gewebes wird so ausgewählt, daß die Kohlenstoffkörner 14 gehindert sind, durch das Gewebe herauszufallen. Ein Stab 16 aus stromleitendem Material erstreckt sich in Vertikalrichtung durch den Zylinder 10 und.wird am unteren Ende durch eine Mutter oder eine Federscheibe 18 gehalten. Der Stab 16 erfüllt keine elektrolytische Funktion und besteht aus einem Material, das mit dem Kohlenstoff einen vernünftig - niedrigen Berührungswiderstand besitzt, also beispielsweise aus Graphit. Das obere Ende des Elektrodenaufbaus ist mit einer Federanordnung versehen, die einen gewissen, nach unten gerichteten Druck auf die Kohlenstoffkörner ausübt. Die Federanordnung besteht aus einer nicht mit dem Mittelstab verbundenen Polypropylen- oder Titan-Ringscheibe 20, einer aus Titandraht gefertigten Feder 22 und einer fest mit dem Mittelstab verbundenen Ringscheibe 24 aus Titan oder Polypropylen. Weitere Befestigungsarten oder Hilfsmittel, mit denen Kohlenstoffkörner in elektrischen Kontakt miteinander gehalten werden,

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sind auf diesem Fachgebiet bekannt.

Als weitere Eigenschaft der Erfindung wird angesehen, daß die erwünschten Speichereigenschaften des Kohlenstoffs durch eine Behandlung mit konzentrierter Salpetersäure verbessert \ ^rden können. Es konnte nicht vollständig aufgeklärt werden, auf welcher Grundlage diese Verbesserung erzielt wird, es wird jedoch angenommen, daß eine derartige Behandlung Verunreinigungen des Kohlenstoffs entfernt, die Mikroporosität erhöht, gleichzeitig den Sauerstoffgehalt erhöht und die Benetzung des Kohlenstoffes durch Halogenelektrolyte verbessert. Bei einem Versuch wurde hochverdichteter Kohlenstoff grade 37C der Firma Äirco Speer in konzentrierter Salpetersäure 8 Stunden lang gekocht, gründlich mit Wasser gewaschen und eine Stunde bei 200 C ausgeheizt. Die "anscheinende elektrische Kapazität" wurde in 25%-igem hochreinem wäßrigem Zinkchlorid gemessen unter Benutzung von behandeltem und unbehandeltem Kohlenstoff als positiver Elektrode und Titan als negativem Elektrodenmaterial bei einer anliegenden Spannung unterhalb von 1,5 V. Die anscheinende Kapazität betrug weniger als 0,01 F/cm , bezogen auf die äußere Oberfläche der Elektrode vor der Behandlung

und 300 F/cm nach der Behandlung. Die mit einer Salpetersäurebehandlung erzielten Ergebnisse dienen zur Untermauerung der für Kohlenstoff-Anoden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Eigenschaften. Es ist dabei zu verstehen, daß auch bestimmte Kohlenstoffarten ohne Behandlung mit Salpetersäure oder nach Behandlung mit anderen Verfahren, die diese erwünschten Eigenschaften verbessern, solche Eigenschaften aufweisen.

Die Art der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten negativen Elektrode ist nicht kritisch und es können alle normalerweise eingesetzten Materialien auch hier Verwendung finden. Dazu gehören nicht graphitierter Kohlenstoff, der

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mit dem als positive Elektrode verwendeten Material vergleichbar ist, Graphit, Eisen und Titan. Einige bei der Auswahl des negativen Elektrodenmaterials' in Betracht zu ziehende bedeutende Faktoren sind Kosten, Gewicht und die Art des verwendeten Elektrolyten. Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung, die später näher erläutert wird, wurde eine vor"geladene" positive Elektrode und eine nicht graphitierte negative Kohlenstoffelektrode zusammen mit einem wäßrigen HCl-Elektrolyten als Batterie verwendet, die wiederholt entladen und wieder aufgeladen werden konnte. Bei dieser Anwendung werden wäßrige Salzsäurelösungen mit weniger als 20% HCl bevorzugt eingesetzt.

Es kann ein breiter Bereich von wäßrigen Elektrolytlösungen mit Jod Brom und, vorzugsweise, Chlor als Halogen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Derartige Elektrolytlösungen sind auf diesem Fachgebiet wohl bekannt und werden beispielsweise in der US-PS 3 713 888 erwähnt. Vorzugsweise sollte der Metallbestandteil des Elektrolyten keine rasche Reaktion mit Wasser zeigen, sollte keinen Wasserstoff als Folge normalerweise in der Batterie vorhandener Spannungen erzeugen und sollte in reiner Form relativ kostengünstig sein, (dabei ist mit "reine Form" eine Form gemeint, die frei von Verunreinigungen ist, durch welche Wasserstoff erzeugt wird oder die auf andere Weise den Betrieb des Elektrolyten oder der Elektroden verschlechtern) und soll nicht durch Verunreinigungen verschlechtert oder beeinflußt werden, die aus der Kohlenstoffelektrode herausgelöst werden. Zusätzlich sollte der Elektrolyt unter normalen Batterie-Betriebsbedingungen stabil sein, eine angemessene Löslichkeit, Leitfähigkeit und Viskosität besitzen, sollte nicht Gase, wie Sauerstoff, lösen und sollte zumindest eine Tendenz zum Auflösen des Metallhydroxids zeigen, so daß ein Gleichgewichtszustand zur Begrenzung der Hydroxidausfällung

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bei der Wasserstofferzeugung besteht, sollte nicht sehr schnell Wasser verlieren und sollte kostengünstig sein. Viele dieser erwähnten Eigenschaften können bei der Verwendung von gut bekannten Zusätzen wie Ammoniumchlorid, Kalziumchlorid und anderen Materialien erzielt werden, die bekannterweise die Oxidation, die Verdampfung, die Korrosion, die Dentritbildung verhindern oder die elektrolytische Leitfähigkeit erhöhen. Es ist dem Fachmann geläufig, daß ein bestimmter Elektrolyt nicht alle genannten Kriterien vollständig erfüllen muß, um einsetzbar zu sein.

Bevorzugte Metalle zur Verwendung in Halogenverbindungen sind Zink, Kadmium, Nickel, Blei, Eisen, Zinn und Mangan, wenn auch eine Anzahl von anderen, dem Stand der Technik bekannten Metallhalogenverbindungen möglicherweise als Elektrolyte benutzt werden können. Zusätzlich können, wie im einzelnen noch beschrieben wird, wäßrige Halogensäurelösungen, beispielsweise Salzsäurelösung, als Elektrolyt eingesetzt werden.

Die Konzentration der wäßrigen Metallhalogen-Elektrolytlösung ist nicht kritisch und kann von 0,1 Gew.-% bis zur Sättigung, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis zur Sättigung und noch mehr bevorzugt von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% betragen. Es ist selbstverständlich gut bekannt, daß die Elektrolyteigenschaften von der Konzentration abhängig sind und deshalb muß die optimale Konzentration oder der optimale Konzentrationsbereich bei jedem Elektrolyten getrennt bestimmt werden.

Fig. 2 zeigt eine typische Einzelzelle, wie sie bei dem erfindungsgeinäßen Verfahren eingesetzt werden kann. Diese Zelle 26 besteht aus einem Außenbehälter oder Gehäuse 28, das beispielsweise aus hochdichtem Polyäthylen aufgebaut sein kann. Die negative Elektrode 30 und die aus Kohlenstoff bestehende positive Elektrode 32 sind elektrisch über eine

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Leitung 34 bzw. 36 mit einer externen Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden, und das nicht angeschlossene Ende ist in einen wäßrigen Elektrolyten 38 eingetaucht. Der Fachmann erkennt, daß der beschriebene Aufbau typisch für eine Einzelzelle einer Batterie ist, und daß eine derartige Zelle zum Entladen von der Stromversorgung abgetrennt und mit einer geeigneten Last verbunden wird. Selbstverständlich enthält eine tatsächlich eingesetzte Batterie eine Vielzahl der beschriebenen Zellen und ein solcher Vielfachzellenaufbau ist auf diesem Fachgebiet wohl bekannt.

Kritisch hängt das erfindungsgeinäße Verfahren davon ab, daß keine Betriebszustände eintreten, die freies Halogengas an der positiven Elektrode auftreten lassen. Demgemäß muß der durch die Zelle geschickte Ladestrom unter dem Wert gehalten werden, bei dem eine über dem Zersetzungspotential für den gewählten Elektrolyten liegende Spannung auftritt, da sich sonst eine Freisetzung von freiem Halogen zu irgendeinem Zeitpunkt während des Ladevorgangs ergeben würde. Vorzugsweise soll die Spannung das reversible Zersetzungspotential des Elektrolyten nicht überschreiten. Der optimale Ladestrom hängt dabei in großem Maße von der besonderen körperlichen Form und Art des für die positive Elektrode verwendeten Kohlenstoffs und von der Art des Elektrolyten ab. Als typisches Beispiel kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wäßrige Kadmiumchloridlösung eingesetzt werden, mit der sich ein Voll-Laden der Zelle bei 1,5V ergibt, während die reversible Zersetzungsspannung von 1,75 V bei Kadmiumchloridlösungen einen Niederschlag von metallischem Kadmium und eine Erzeugung von freiem Chlor ergibt. Eine derartige Kadmiumbatterie ergibt in der Größe von einer kWh eine Leerlaufspannung von etwa 1,5 V und eine Energiedichte, die größer als 66 W.h.kg (= 30 watt hours per pound battery weight) ist. Eine wäßrige Zinkchloridlösung

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erlaubt eine Aufladung mit weniger als 1,8 V (reversible Zersetzungsspannung >~ 2,1 V) und ergibt eine Leerlaufspannung von etwa 1,8 V und eine Energiedichte von mehr als 77 W.h. kg (= 35 watt hours per pound).

Zur Verdeutlichung der Erfindung werden folgende Ausführungsbeispiele beschrieben:

Die Vorrichtung nach Fig. 2 wurde mit einer positiven Elektrode versehen, die aus einem Stab aus Kohlenstoff grade 37C von der Firma Airco Speer mit einer Länge von 10 cm und einem Durchmesser von 2 cm gebildet wurde. Der Stab wurde 8 Stunden in konzentrierter Salpeter gekocht, dann gründlich gewaschen und getrocknet. Die Kathode bestand aus einem platinierten Graphit grade ATJ der Firma Union Carbide mit den gleichen Abmessungen wie die Anode und als Elektrolyt wurden etwa 400 m 5%-iger Salzsäurelösung verwendet. Es wurde eine Gleichspannung angelegt, die einen Strom von etwa 0,5 A ermöglichte. Diese Stromstärke von 0,5 A ergibt eine Strom-

_2 dichte, bezogen auf die Außenoberflache von etwa 10 mA.cm Die Spannungsänderung mit der Zeit wird bei Aufrechterhaitung der Stromstärke von 0,5 A überwacht und mit einem Spannungsschreiber über der Zeit aufgetragen,so daß sich ein Diagramm wie in Fig. 3 ergibt. Es treten Gasbläschen an der negativen Elektrode auf, die im wesentlichen insgesamt' aus Wasserstoff bestehen und die in Übereinstimmung mit dem Faraday"sehen Gesetz der Stromstärke von 0,5 A entsprechen. Außer einer anfänglichen geringen Blasenbildung beim erstmaligen Eintauchen in den Elektrolyt wird an der positiven Elektrode, zumindest in der ersten halben Stunde Ladezeit, keine Gasentwicklung beobachtet.

In Fig. 3 ist die mit 40 bezeichnete Linie die von O bis 1,5 V reichende Spannungsachse, 42 ist die Zeitachse, auf

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der Zeiten von 30 und 60 Minuten eingetragen sind und die gekrümmte Linie 44 zeigt die auftretende Spannung zwischen den Elektroden 30 und 32 an, die zur Aufrechterhaltung eines Stromes von O,5A vom Urzustand aus nötig ist.Es zeigt sich, daß die durch die Kurve 44 dargestellte Spannung in etwa den ersten 30 Minuten stetig ansteigt und dann die Spannung von 1,3 V stetig einhält. Die mit 46 bezeichnete Fortsetzung der Linie 44 zeigt die Auswirkung einer Erhöhung der Stromstärke auf 1,0 A nach 40 Minuten an. Die doppelt vorhandene strichpunktierte Linie 48 ergibt grob die Spannung, mit der ein Strom von 0,01 A kurze Zeit aufrechterhalten werden kann, nachdem bis zu dem gleichen Zeitpunkt ein Ladestrom von 0,5 A aufrechterhalten wurde. Der Strom von 0,01A bezieht sich auf beide Stromrichtungen. Der schraffierte Bereich 50 gibt grob jenen Teil des Experiments an, bei dem freies Chlor im Elektrolyten erfaßt wurde, und zwar wurde/in der Nähe der positiven Elektrode durch den Kalium-Iodidtest festgestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß der schraffierte Bereich sich über der Linie von 1,35 V befindet, die das Zersetzungspotential eines 5%-igen wäßrigen HCl-Elektrolyten darstellt. Im schraffierten Bereich 50 wird ein leichtes Gasen von der Anode festgestellt, wobei das Gas Sauerstoff und Kohlendioxid enthält. Die längs der Kurven 44, 46 und 48 auftretenden Spannungen zeigen wesentliche Hysterese, wenn der Ablauf des Experiments unterbrochen und verzögert wird.

In Fig. 3 zeigt die gekrümmte Kurve 52 die Spannung, die man erhält, wenn der Versuchsablauf nach 30 Minuten unterbrochen wird, die Gleichspannungsquelle abgenommen und ein veränderbarer Widerstand zwischen die Elektroden geschaltet und kontinuierlich auf einen Strom von 0,5 A eingeregelt wird. Mit anderen Worten zeigt die Kurve 44 einen "Lade"-Betrieb, während die Kurve 52 den "Entlade"-Betrieb darstellt. Selbstverständlich wird bei dem Entladen Wasserstoff in der nötigen Menge zugeführt.

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Folgende Schlüsse können aus dem Ergebnis des Experiments mit der Vorrichtung nach Fig. 2 gemäß den Aufzeichnungen in Fig. 3 und der obigen Beschreibung gezogen werden:

a) 5%-ige Salzsäure kann elektrolytisch unter Benutzung einer Kohlenstoffanode bei einer Spannung unter 1,2V unter Erzeugung von Wasserstoff an der negativen Elektrode und bei Speicherung einer zumindest zum Teil Chlor enthaltenen Substanz in der aus Kohlenstoff bestehenden positiven Elektrode zersetzt werden.

b) Die Zersetzung von Salzsäure nach a) wird anscheinend ohne Erzeugung von freiem Chlor zumindest an der Oberfläche der positiven Elektrode durchgeführt, so lange der Ladestrom unter der Zersetzungsspannung gehalten wird, und mindestens so lange, wie eine gewisse Zeitlänge nicht überschritten wird, die durch die Stromdichte und die Eigenschaften der positiven Elektrode einschließlich ihres inneren Bereichs bestimmt wird.

c) Die elektrolytische Speicherung oder Ablagerung der zumindest teilweise Chlor enthaltenden Substanz in der aus Kohlenstoff bestehenden positiven Elektrode ist in hohem Mase reversibel. Dadurch, daß nur eine äußerst geringe Spannungsänderung bei dem Wechsel von einem positiven Strom von O,01 A auf einen negativen Strom von 0,01 A gemessen wird, kann abgeleitet werden, daß kein wesentlicher Verlust an freier Energie mit dem Speichervorgang verbunden ist.

d) Die elektrolytische Speicherung in der positiven Elektrode hängt nicht von einer fortwährenden Berührung des Elektrolyten mit der Elektrode nach vollendeten Ladevorgang ab, da die zwischen der Messung der (Lade-) Kurve 44 und der (Entlade-)Kurve 52 verstrichene Zeit

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offensichtlich keinen Einfluß auf die Form der Kurve nach dem Ablauf anfänglicher Hystereseeffekte in der Kohlenstoffanode hat. Tatsächlich kann der Elektrolyt vollständig ausgewechselt werden, ohne daß sich eine größere Beeinträchtigung ergibt und tatsächlich kann die Kohlenstoffanode gewaschen, getrocknet und monatelang oder noch länger zwischen dem "Laden" und "Entladen" gehegert werden, ohne daß eine wesentliche Änderung des Verlaufs der Kurve 52 eintritt. "Geladene" Kohlenstoffelektroden wurden mit heißem Wasser und mit kochender 10%-iger Natriumhydroxidlösung gewaschen und auf Konstantgewicht getrocknet, ohne daß ein Verlust des elektroaktiven Materials eintritt; dadurch wurde die Möglichkeit ausgeschlossen, daß das gespeicherte Material eingefangenes oder gespeichertes freies Halogen ist. Die Kohlenstoffelektroden zeigen jedoch einen GewichtsZuwachs von 15 bis 25% im Vergleich zur "ungeladenen" Elektrode. Diese Eigenschaft des Speichereffekts nach der Erfindung macht es möglich, ausgezeichnet transportierbare Energiespeicherelemente in Form von "geladenen" Kohlenstoffelektroden zu schaffen, die dann in eine Vielzahl von elektrochemischen Aufbauten wie Batterien oder ähnlichen Geräten aufgenommen werden können als äußerst bequeme erneuerbare Energiequelle.

e) Es besteht ein deutlicher Hystereseeffekt innerhalb der positiven Kohlenstoffelektrode infolge der massiven Elektrode und infolge eines Einfangens und Haltens von Gas. Das kann dadurch bestätigt werden, daß die massive Kohlenstoffelektrode durch eine Hohlelektrode von gleichen Abmessungen ersetzt wird· Die mit der Hohlelektrode erzielten Ergebnisse sind zunächst sehr ähnlich oder fast gleich den mit der Massivelektrode erzielten, wodurch sich ein Hinweis ergibt, daß die Vorgänge in der Elektrode hinter den an der Oberfläche stattfindenden zeitlich zurückhängen.

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Bei einer getrennten Untersuchungsreihe mit der gekörnten positiven Kohlenstoffelektrode nach Fig. 1 waren diese Hysteresewirkungen bemerkenswert geringer und es ergab sich ein viel langsamerer Spannungsanstieg vor dem Erreichen des zur Erzeugung von freiem Halogen erforderlichen Zersetzungspotentials,wodurch eine höhere Speicherkapazität angezeigt wurde. Tatsächlich wurde bei der Verwendung einer mit gekörntem Kohlenstoff gefüllten Elektrode nach Fig. 1, die etwa 15 g Kohlenstoff grade 9LXC der Firma Union Carbide der Körnung 6x8 standard mesh enthielt, bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ein Ladestrom von 1 A etwa 4 Stunden lang aufrechterhalten, bevor die Spannung 1,2 V überschritt. Die Zersetzungsspannung von 5%-iger HCl, bei der freies Chlor erzeugt wird, beträgt etwa 1,35 V. So können bei Verwendung von 5%-iger Salzsäure mindestens 264,6 A.h.kg (= 120 amp hours per pound) mit gekörntem Kohlenstoff unter den beschriebenen Bedingungen gespeichert werden.

Selbstverständlich wird während des "Ladens" in der beschriebenen Weise Wasserstoff an der negativen Elektrode entwickelt und entweicht. Danach erfordert das Entladen der Kohlenstoffelektrode, daß Wasserstoff der negativen Elektrode zugeführt wird. Wenn Wasserstoff so nachgeführt wird und eine Widerstandslast zwischen die beiden Elektroden geschaltet wird, ist die Entlade- annähernd gleich der Lademenge.

Wenn Kadmiumchlorid als Elektrolyt statt Salzsäure verwendet wird und deshalb Kadmiummetall an der negativen Elektrode abgeschieden wird statt einer Entwicklung von Wasserstoff, beträgt die Speicherung des elektroaktiven Materials in der Kohlenstoffelektrode ebenfalls mindestens dem Äquivalent von 264,6 A.h.kg (= 120 amp hours per pound) Kohlenstoff, da der Speichervorgang an der positiven Kohlenstoffelektrode fast unabhängig von dem verwendeten

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Elektrolyt zu sein scheint. Das während des "Ladens" abgeschiedene Kadmium steht selbstverständlich zur "Entladung" wie bei einer Batteriezelle zur Verfügung. Um die Fähigkeit zum Einsatz als Batterie zu verdeutlichen, kann angeführt werden, daß ein Gesamtbatteriegewicht vom Vierfachen des Gewichts der Kohlenstoffelektrode eine auf wohlbekannten Erfahrungswerten basierende vorsichtige Annahme ist. Dementsprechend kann eine Speicherfähigkeit von 264,6 A.h.kg Kohlenstoff in eine Kapazität von 66 A.h.kg Batteriegewicht (30 amp hours per pound) umgewandelt werden. Typische vorsichtige Schätzungen von Batteriewiderständen für das Kadmiumchloridsystem, die ebenfalls auf wohlbekannten praktischen Erfahrungen beruhen, führen zu einer geschätzten durchschnittlichen Entladespannung von 0,8 V für eine erfindungsgemäße Kadmiumbatterie. Damit ergibt sich als Gesamtentladeenergie einer solchen Kadmiumchloridbatterie unter Verwendung von Kohlenstoff grade 9 LXC der Firma Union

-1 Carbide als positive Elektrode von ungefähr 53 W.h.kg Batteriegewicht (2 4 watt hours per pound) entsprechend den angegebenen Berechnungen aufgrund der experimentellen Ergebnisse.

Es ist dabei selbstverständlich zu beachten, daß trotz der im großen und ganzen von dem Metallbestandteil des Elektrolyten unabhängigen in dem Kohlenstoff gespeicherten Energiemenge, die Energiespeicherung in der Gesamtbatterie teilweise von dem Metallbestandteil abhängt. Damit werden durch unterschiedliche Metallbestandteile unterschiedliche Energieinhalte erzielt.

Beispiel 2

Ein Experimentalaufbau im wesentlichen gleich dem nach Fig. 2 und Beispiel 1 wurde, in Beispiel 2 benutzt, jedoch wurden sowohl die positive als auch die negative Elektrode aus Kohlenstoffstäben grade 37 C der Firma Airco Speer

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hergestellt und vorher mit Salpetersäure behandelt. Die positive Kohlenstoffelektrode wurde vorher entsprechend Beispiel 1 "geladen". Die Gleichspannungsquelle wurde an die Leitungen 34 und 36 so angeschlossen, daß nach Fig. 2 die Elektrode 30 die negative Elektrode und 32 die positive Elektrode war. Dann wurde die Spannung unter drei Bedingungen gemessen:

1. Stromfluß von 0,01 A zur "Entladung" der positiven Elektrode,

2. Stromfluß von 0,01 A zur "Ladung" der positiven Elektrode, und

3. Stromfluß OA.

Bei diesen beschriebenen Bedingungen war zumindest kurze Zeit die Spannung immer in guter Übereinstimmung in der Nähe von 0,7 V.

Dann wurde die Gleichspannungsquelle abgenommen und statt dessen ein Widerstand mit einem Strom-?· und einem Spannungsmesser angeschlossen. Der Widerstand war so ausgelegt, daß er einen Anfangsstrom von 0,5 A und eine Anfangsspannung von ca. 0,6 V ergab. Nach etwa 15 min fiel der Strom auf etwa 0,1 A und die Spannung auf etwa 0,1 V ab. Dann'wurde der Widerstand abgenommen und die Gleichspannungsquelle wieder angeschlossen, jedoch diesmal die Polarität so vertauscht, daß Stab 32 als negative Elektrode und Stab 30 als positive Elektrode diente. Daraufhin wurde der Stromfluß hergestellt und ein Strom von 0,5 A aufrechterhalten. Nach etwa 10 min änderte sich die Spannung von etwa +0,1 V über 0 auf etwa -0,7 V. Wenn man den ersten Schritt wieder in Betracht zieht, der zur Messung der Spannung unter den drei Bedingungen 1. "Entladen" mit 0,01 A, 2. "Laden" mit 0,1 A und 3. "Leerlaufspannungs-

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messung" wieder heranzieht, ergab sich genau die gleiche Situation, so daß eine Spannung von 0,7 V, natürlich mit umgekehrter Polarität und mit geänderter Rolle der Elektroden vorlag. Mit anderen Worten, nachdem zunächst eine der beiden Kohlenstoffelektroden "geladen" wurde, konnte diese "Ladung" von einer Elektrode auf die andere eine unbestimmte Anzahl von Umkehrungen rückwärts und vorwärts übertragen werden. Danach zeigte die Vorrichtung wieder alle Eigenschaften einer elektrischen Batterie. Wenn dazu der Elektrolyt, in diesem Fall 5%-ige Salzsäure, durch irgendeine andere stabile Chloridlösung, beispielsweise 25%-iges Natriumchlorid ersetzt wird, ergibt sich als einzige erkennbare Einwirkung auf das "Lade"-"Entlade"-Verhalten der Vorrichtung eine Änderung, im genannten Fall ein Anstieg des Elektrolytwiderstandes, der sich als gemäßigte Änderung der Spannungs-Strombeziehung zeigt.

Die aus den Ergebnissen des angeführten Experimentes zu ziehenden Schlüsse sind folgende:

a) Die zumindest teilweise Chlor enthaltende, elektrolytisch im Kohlenstoff gespeicherte Substanz ist teilweise, anscheinend ohne Änderung, auf einen anderen gleichartigen Kohlenstoff durch elektrolytische Wirkung übertragbar.

b) Eine Spannung von ca. 0,7 V wird wie angeführt zwischen Kohlenstoff mit einer hohen "Ladung" und Kohlenstoff mit einer geringen "Ladung" entwickelt.

c) Die zwischen den zwei Kohlenstoffteilen entwickelte Spannung mit den unterschiedlichen "Ladungen" ist im hohen Grade reversibel, d.h. die drei unter den verschiedenen Zuständen dos geringen positiven, geringen negativen Stromes und unter Strom Null gemessenen Spannungen sind im wesentlichen gleich.

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d) Der Mechanismus der "Ladung" und der "Entladung" einschließlich der Größe der reversiblen Spannung in dem Zustand, in dem bei beiden Elektroden der gleiche Kohlenstoff eingesetzt ist, ist anscheinend unabhängig von dem metallischen oder anderen Bestandteil eines wäßrigen Elektrolyten, so lange der Elektrolyt selbst stabil ist. So kann das erfindungsgemäße Speicherverfahren zur Erzielung einer Sekundärbatterie verwendet werden, ohne daß das Abscheiden eines Metalls an der negativen Elektrode während des Ladens oder das Auflösen des Metalls während des Entladens nötig ist.

Beispiel 3

Untersuchungen ähnlich Beispiel 1 wurden mit einer aus Titan bestehenden negativen Elektrode statt der platinierten Graphitelektrode durchgeführt und es wurde statt des Salzsäureelektrolyten eine 35%-ige wäßrige Kadmiumchloridlösung benutzt.

Es wurde eine Spannung von einer Gleichstromquelle etwa 30 Minuten angelegt in einer Höhe, so daß ein Strom von 0,5 H aufrechterhalten wurde, danach wurde die Spannung auf etwa 1,4 V erhöht. Dann wurde die Stromquelle abgenommen, so daß die überwachte Spannung zwischen den Elektroden von 1,4 V auf etwa 1,0 V in einer Zeit von etwa 5 Minuten abfiel und dann stetig blieb. Ein Widerstand wurde zwischen die beiden Elektroden geschaltet, um die Vorrichtung zu "entladen", die Strom/Zeit-Beziehung wurde aufgezeichnet und erwies sich als fast gleich der Strom/Zeit-Beziehung während des Ladens.

Die beschriebene Reihe von Schritten wurde wiederholt, jedoch wurde das "Entladen" erst nach einer Woche vorgenommen. Es ergab sich im wesentlichen die gleiche Strom/ Zeit-Beziehung.

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Aus diesem Versuch wurden die folgenden Schlüsse gezogen:

a) Kadmiumchlorid wird elektrolytisch mit einer Spannung unter "\ ,k V zersetzt, wobei Kadmium an der negativen, aus Titan bestehenden Elektrode abgehegert und eine . Substanz in der aus Kohlenstoff bestehenden positiven Elektrode gespeichert wird.

b) Infolge des genannten Elektrolysevorgangs ist keine Substanz im Elektrolyten vorhanden, die sich mit dem abgeschiedenen Kadmium verbindet und die "Ladung" herabmindert, auch nicht bei längerem stromlosen Abstellen.

c) Die "Lade-"Einwirkung auf die Kohlenstoffelektrode erzeugt eine deutliche Speicherhysterese, da die "Leerlauf-"Spannung beträchtlich beim Unterbrechen des Ladevorgangs abnimmt. D.h., wenn 1,4 V zum Durchleiten von 0,5 A als Anzeichen genommen werden, daß die erwünschte Ladung vollendet ist, dann ist das erste Erreichen der genannten Spannung sozusagen vorzeitig infolge der Hysterese. Wenn die gekörnte Kohlenstoffanode nach Fig. 1 eingesetzt wird, so wird dieser Effekt herabgemindert und es werden höhere Speicherkapazitäten erreicht.

Es ist für den Fachmann erkennbar, daß das erfindungsgemäße neue Speicherverfahren zum Aufbau einer großen Vielheit von Batterien oder anderen Energiespeichergeräten benutzt werden kann. Im Falle von Halogen-Batterien ergibt die Abwesenheit von freiem Halogen im Elektrolyten einen beträchtlichen Vorteil, da keine Separatoren oder andere Einrichtungen zum Verhindern von Halogen-Diffusion erforderlich sind und die mit dem Entweichen von Halogengasen in die Umgebungsatmosphäre verbundenen Risiken vermieden werden. Es ergibt sich so ein Verfahren zur wiedergewinnbaren Speicherung von elektrischer Energie, bei dem eine elektrochemische Zelle mit einem Halogenelektrolyten und einer aus ungraphitiertem Kohlenstoff bestehenden positiven Elektrode mit einer wesentlich

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BAD ORiGlNAL

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unter der herkömmlichen Zersetzungsspannung, die zur Erzeung von freiem Halogen aus dem gewählten Elektrolyt erforderlich ist, liegenden Spannung geladen wird. Ein noch nicht identifiziertes chemisches Komplex wird gebildet und an der positiven Elektrode gespeichert, und diese positive Elektrode kann danach als elektrische Energiequelle in einer Primär- oder einer Sekundärbatterie verwendet werden.

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Leerseite

Claims

, 1./ Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichergeräts mit einem mindestens eine positive und eine negative Elektrode enthaltenden Elektrodenabteil, dadurch gekennzeichnet , daß eine im wesentlichen aus ungraphitiertem Kohlenstoff als aktivem Elektrodenmaterial bestehende positive Elektrode vorgesehen wird, daß eine ein wäßriges Halogenid enthaltende Elektrolytlösung vorgesehen wird, die die positive und die negative Elektrode berührt und daß ein Strom durch den Elektrolyten hindurchgeleitet wird, der auf einem Wert gehalten wird, der die Spannung unter der eine Bildung von freiem Halogen ergebenden Zersetzungsspannung des Halogenid-Elektrolyten hält.

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MANlTZ FINSTERWALD HEYN MORGAN 8000 MÜNCHEN 22 ROBtRT-KOCH-STRASSEI TEL 1089- 224211 TELEX 05-29672 PA^TMF

GRAMKOW ROTERMUND ■ 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT, SEELBERGSTR 23/25 TEL (0711) 5672 61 ΕΝΤΠ" vaccF RJYFR VOUCP'-'-KP*-' M'^.-uFN KONTO N¹JMMFR7?T PO^SC-HFCK-M¹ 'NCHEN 7706'- »^nr

ORIGINAL INSPECTED
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht graphitierte Kohlenstoff in körniger Form ist und daß die Körner in elektrischem Kontakt miteinander gehalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoff mit Salpetersäure vorbehandelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogenid im Elektrolyten ein Chlorid ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Halogenid-Elektrolyt aus der aus Eisen-, Kadmium-, Zink-, Nickel-, Blei-, Zinn- und Manganchlorid bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wäßrige Wasserstoff-Chloridlösung ist und daß die negative Elektrode nicht graphitierter Kohlenstoff ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung unterhalb des zur Bildung von freiem Halogen führenden ZersetzungspotentiaJls des Halogenid-Elektrolyt gehalten wird, und daß der Stromdurchgang unterbrochen und die elektrische Energie durch Entladen der Zelle wiedergewonnen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die positive Elektrode von der Zelle nach dem Entladen entnommen wird, daß die geladene positive Elektrode als positive Elektrode in eine

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zweite elektrochemische Zelle eingesetzt und die elektrische Energie durch Entladen der zweiten elektrochemischen Zelle wiedergewonnen wird.

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