DE387072C - Galvanisches Element - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Galvanisches Element, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Elektrolyt aus einem Hydrat eines Alkalimetalls (einschließlich N H4) oder aus mehreren solchen gemeinschaftlich besteht und gegebenenfalls unter Zusatz eines oder verschiedener Salze, die imstande sind, das Metallhydrat niederzuschlagen und in Lösung neben dem Alkali bestehen können, wobei der Prozentgehalt des Elektrolyten an besagter Substanz oder Substanzen von Anbeginn so gehalten ist, daß er während des Entladens der Zelle praktisch unverändert bleibt.
2. 2. Galvanisches Element nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Alkalilösung von Anbeginn so gehalten ist, daß dieselbe annähernd gleich oder geringer als diejenige Konzentration ist, bei welcher die Lösung ein Maximalvermögen besitzt, das Hydrat desjenigen Metalls (beispielsweise Zink) zu absorbieren, welches in der Zelle als. positive Elektrode verwendet wird.
3. 3. Galvanisches Element mit einem Elektrolyten nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre positive Elektrode hauptsächlich aus Kohle besteht, die im Bedarfsfall die Gestalt eines Behälters für die übrigen Teile der Zelle haben kann und in welcher Zelle- die Kohle die Eigenschaft besitzt, daß die mit dem Elektrolyten in Berührung befindliche Oberfläche bis zu gewisser Eindringungstiefe von dem Elektrolyten durchleuchtet ist, während die benachbarte Schicht der Kohle oder diejenige, welche mit dem depolarisierenden Gas (z. B. Luft) in Fühlung steht, von dem Elektrolyten nicht durchfeuchtet wird.