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Galvanisches Element. In galvanischen Elementen des Typus; bei dem
der Elektrolyt aus einem alkalischen Stoff besteht, ist die elektrische Leistung
bisher im Verhältnis zu den benutzten alkalischen Stoffen sehr gering gewesen. So
ist im allgemeinen festgestellt worden, daß der Verbrauch in einer Cupronzelle etwa
4.g Natronlauge (technisch) für jede Amperestunde betrug. Der theoretische Wert-
ist etwa 1,5 g Natronlauge pro Amperestunde. In den genannten Zellen wird eine Konzentrierung
der Alkalisubstanz verwendet, die Zoo g von technischer Natronlauge für einen Liter
Wasser entspricht.
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Es wurde nun ermittelt, daß, vorausgesetzt, daß die Zelle in sonstigen
Beziehungen einwandfrei eingerichtet ist, es möglich sein wird, eine mehrere Male
höhere Kapazität als sogar ,den theoretischen Wert zu erreichen, wenn .man den Konzentrationsgrad
des alkalischen Elektrolyten - ein oder mehrere Hydrate eines Alkalimetalls einschließlich
N H, - passend wählt.
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Auf diese Weise wurde gefunden, daß, wenn man eine galvanische Zelle
benutzt, die eine Kohleelektrode in Gestalt eines Behälters besitzt, welche mit
Luftdepolarisation wirkt, und wenn eine rostartig gestaltete Zinkelektrode mit einem
Elektrolyten benutzt *wird, der aus ungefähr .9o g pro Liter von technischer Natronlauge
besteht, eine in Amperestunden angebbare Kapazität gewonnen werden kann, die um
einige Male höher ist als der Wert, welcher dem theoretischen Wert bezüglich der
Menge der Natronlauge entsprechen würde, wobei angenommen wird, daß ein Zinksalz
(Zirikat) entsteht. Es ist ferner bemerkenswert, daß diese Kapazität bei einer bedeutend
höheren Arbeitsspannung erreicht werden kann als in irgendeiner zuvor bekannten
Primärzelle mit alkalischem Elektrolyten.
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Durch Verwendung des genannten Elektrolyten in der oben beschriebenen
Zelle wird es beispielsweise möglich sein, eine Arbeitsspannung von etwa i,2o Volt
bei einer Stromstärke von etwa o,i Ampere zu erhalten, wäh rend beispielsweise eine
Cupronzelle gleicher Größe nur o,85 Volt bei gleicher Stromstärke liefert.
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Die .gemäß der Erfindung gewonnene hehe Leistung dürfte in der Hauptsache
dem Umstande zugeschrieben werden, daß der Elektrolyt bei der verhältnismäßig geringen
Konzentration der alkalischen Substanz imstande ist, während der Arbeit -der Zelle
praktisch unverändert zu bleiben. Dies ist wiederum unter anderem der Tatsache zuzuschreiben,
daß die Löslichkeit von beispielsweise Zinkhydrat in Alkali bei: wachsender Konzentration
des Alkalis gemeinschaftlich mit dieser genannten
Konzentration
nur bis zu einer gewissen Grenze ansteigt, welche nach den neuesten Ermittlungen
bei einer Konzentration von 8o bis ioo g pro Liter der Natronlauge liegt. Falls
die Konzentration des .Alkalis über diese Grenze hinaus gesteigert wird, nimmt die
Fähigkeit des Alkalis, das Zinkhydrat zu absorbieren und in Lösung zu behalten,
ab, wenn als Grundlage für die Berechnung angenommen wird, daß ein Natriumatom auf
ein Zinkatom kommt.
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Wenn man infolgedessen von einer Alkalikonzentration ausgeht, welche
niedriger ist oder im wesentiichen der obenerwähnten maximalen Löslichkeit des Zinkhydrats
entspricht, so wird es möglich sein, eine hohe lionzentration von freiem Alkali
und eine geringe Konzentration des Zinkhydrats auf lange Zeit aufrechtzuerhalten.
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Wenn man anderseits von einer Alkalikonzentration ausgeht, welche
höher ist als diejenige, die der maximalen Löslichkeit des Zinkhydrats entspricht,
was z. B. in der Cupronzeile der Fall ist, so scheint die Lösung sich mehr und mehr
mit Zinkhydrat anzureichern. Die Lösung wird in solchem Falle praktisch nicht unverändert
bleiben, was unter anderem aus der Tatsache zu erkennen sein wird, daß in der genannten
Zelle nur etwa 5o Prozent der theoretischen Menge des Alkalis ausgenutzt werden.
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jedoch können auch andere Umstände dieses Ergebnis beeinflussen, wie
die Bildung von Niederschlägen an den Elektroden, z. B. an der Cupronplatte, welche
die Depolarisationswirkung des Kupferoxyds verhindern oder schwierig machen. Der
Ausdruck, daß der Elektrolyt praktisch unverändert bleibt, bedeutet in dieser Gedankenverbindung,
daß der Elektrolyt die Eigenschaft besitzt, daß von demselben eine Strommenge gewinnbar
ist, die größer ist als die theoretische Strommenge, vorausgesetzt, daß das Alkali
als Zinkat oder in Form einer anderen Alkalimetallhydroxydmetallverbindung gebunden
ist.
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Gegenstand der Erfindung ist nun die Herstellung einer galvanischen
Zelle mit einem alkalischen Elektrolyten der beschriebenen Art. Dies wird erreicht,
indem man entweder als Elektrolyt Alkali allein oder in Verbindung mit einem Salz,
z. B. Kochsalz, verwendet, welches mit dem Alkali in Lösung zusammen bestehen kann
und die Fähigkeit besitzt, das i@Ietallhydrat aus der Lösung niederzuschlagen (auszusalzen),
wodurch letztere davor bewahrt bleibt, sich damit anzureichern, so daß der Elektrolyt
praktisch unverändert erhalten bleibt. Auf diese Weise wird es mÖglich sein, eine
höhere Konzentration des Alkalis aufrechtzuerhalten als diejenige, die oben erwähnt
wurde. Aus den wissenschaftlichen Ermittlungen, die über den Charakter einer Lesung
von Zinkhydrat angestellt worden sind, scheint hervorzugehen, daß das Zinkhydrat
beuders bei geringer Konzentration des Alkalis im Zustande einer kolloidalen Lösung
ist. Diese kolloidale Hydratlösung kann durch 1;:tlze, z. B. durch gewöhnliches
Kochsalz, niedergeschlagen (ausgesalzt) «-erden.
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Es ist natürlich nicht möglich, alle Konzentrationen des Alkalis genau
anzugeben, die im Rahmen dieser Erfindung möglich sind, da dies unter anderem von
dem Verwendungszweck abhängig ist, für den die Zelle bestimmt ist.
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Im übrigen finden während er Arbeit der Zelle in ihr verschiedene
Konzentrationen statt. Da hauptsächlich die Konzentration an "er metallischen Elektrode
(z. B. Zink) von Wichtigkeit ist, kann die obenerwähnte Grenze, nämlich diejenige,
bei welcher das Alkali die lii *)chste Fähigkeit besitzt, das Metallhydrat aufzulösen,
nicht als die genaue Maximalgrenze angesehen werden. Der Hauptwert muß daher auf
die Fähigkeit des Elektrolyten ,elegt werden, unverändert zu bleiben.
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Es sei beispielsweise erwähnt, daß beim hntladen einer Zelle bei o,
i Ampere ein Anfangselektrolyt, der go g pro Liter von Natronlauge allein, oder
der 5o g pro Liter von Natronlauge und Zoo g pro Liter von Kochsalz enthält, sehr
gute Ergebnisse in Verbinlung mit einem Kohlebehälter und einer rostförmigen Zinkelektrode
gegeben hat.
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Außer den oben-erwähnten Vorteilen durch Verwendung eines solchen
unveränderten Elektrolyten gewinnt man auch noch andere Vorteile, wie z. B. einen
geringeren Verbrauch an Alkali und eine geringe Absorbierung von Kohlensäure aus
der Luft. Ferner kann das Metallhydrat des Elektrolyten beispielsweise durch dessen
Erhitzung fast gänzlich niedergeschlagen werden, wodurch das genannte Hydrat und
auch das Alkali zurückgewonnen «erden können.
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Was die Absorbierung von Kohlensäure anbetrifft, so kann dieselbe
durch irgendein geeignetes Verfahren vermindert werden, nämlich dadurch, daß dieKohlensäure
aus der Luft absorbiert wird, bevor die Luft als Depolarisationsmittel benutzt wird.
Durch Verwendung einer verhältnismäßig so niedrigen Konzentration des Alkalis, wie
es gemäß der Erfindung der Fall ist, wird es auch möglich sein, claß aus derLuftabsorbierteKohlensäuredurch
den Niederschlag gebunden wird, der durch den Verbrauch der Zinkelektrode erzeugt
wird. Das Zink kann beispielsweise in basisches Karbonat verwandelt und als solches
niedergeschlagen werden. Auch durch Zusatz einer löslichen Substanz, die geeignet
ist, Kohlensäure zu binden, zu dem Elektrolyten kann der
Prozentsatz
der Sohlensäure in dem Elektrolyten ziemlich gering gehalten werden.
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Der besprochene Elektrolyt ist hervorragend geeignet zur Verwendung
in Verbindung mit der erwähnten Elektrode in Gestalt eines Kohlebehälters. Jedoch
ist es auch vorteilhaft, wenn,die Kohleelektrode, anstatt einen äußeren Behälter
zu bilden, zentral innerhalb der Zelle angeordnet wird. In .diesem Falle muß die
Kohle durch Gasdepolarisation tätig sein und muß dann besondere Eigenschaften besitzen.
Die Oberfläche der Kohle, die mit dem Elektrolyten in Berührung steht, muß nämlich
so beschaffen sein, daß der Elektrolyt dieselbe durchfeuchtet und bis zu einer gewissen
Tiefe in die Kohlemasse eindringt, während ein anderer Teil der Kohleelektrode,
welcher dem durchfeuchteten Teil benachbart ist, oder der Elektrodenteil, welcher
mit dem Gas in Berührung steht, von dem Elektrolyten nicht durchfeuchtet sein darf,
sondern gegen eine solche Durchfeuchtung und Durchdringung, z. B. durch geeignete
Imprägnierung, geschützt werden muß.
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An Stelle von Zink, welches vorzugsweise in amalgamierter Form verwendet
wird, kann auch irgendein anderes geeignetes Metall benutzt werden. Der Elektrolyt
kann flüssig oder in halbflüssigem Zustande verwendet werden.