DE407123C

DE407123C - Umkehrbares galvanisches Element vom Bunsenschen Typus mit Zink und Kohle (oder Magnetit) als Elektroden und zwei Fluessigkeiten

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Publication number: DE407123C
Application number: DEL54937D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1922-02-12
Filing date: 1922-02-12
Publication date: 1924-12-08

Description

(L 54937

Vorliegende Erfindung besteht in der Verwendung neutraler Lösungen von dreiwertigen Eisensalzen (Chlorid oder Oxidsulfat) als Depolarisatoren in einer Zelle Bunsenscher Type: Zink, Erregernüssigkeit, Diaphragma, depolarisierende Flüssigkeit, Kohle. Zwar ist die Verwendung des Eisenchlorids (Fe₂ Cl₆) als Depolarisator bekannt und auch als Energieträger in Akkumulatoren; doch

ίο wurden bisher diese Salze nur in saurer Lösung oder in Verbindung mit unlöslichen Elektroden verwendet. Die Verwendung neutraler Lösungen obiger Salze in Verbindung mit einer Lösungselektrode hat nachstehende wichtige Tatsachen zur Folge:

1. Die zur Lösung des Zinks erforderliche Säuremenge wird von den dreiwertigen Eisensalzen selbst geliefert bei ihrer Reduktion durch den Strom:

ao Fe₂ (SO)₄/3 + Zn = SO₄ + 2 Fe SO₄.

2. Infolgedessen wird Zink nur nach Maßgabe des Stromverbrauches gelöst, da keine freien Säuren vorbanden sind, die mit großer Schnelligkeit durch das Diaphragma zum Zink diffundieren· und dasselbe unabhängig von der Stromentnahme zerfressen.

3. Die Lösungen der neutralen Salze sind geruchlos und nicht ätzend, was besonders bei transportablen Batterien von großem Vorteil ist; außerdem hat man die Möglichkeit, große Mengen von obigen Salzen in festem Zustande vorrätig mitzuführen und nach Bedarf in Wasser aufzulösen.

4. Die neutralen Lösungen ermöglichen f erner die Anwendung von Diaphragmen aus organischer Substanz (Papier, Pappe usw.), die weich und biegsam sind und daher beim Transport und bei Erschütterungen weder brechen noch springen.

5. Endlich, was das wichtigste ist, haben neutrale Lösungen die vollständige Umkehrbarkeit des Elementes zur Folge, d. h. das Element ist ein richtiger Akkumulator. Dieser Akkumulator hat im entladenen Zustand folgende Zusammensetzung:

Zn

FeCl₂
ZnCL

Der Elektrolyt ist also von beiden Seiten des Diaphragmas derselbe; es ist dies der Ausgangszustand des Akkumulators, in welchen er immer endgültig zurückkehren muß. Man ersieht daraus, daß der Akkumulator im entladenen Zustand unbegrenzt lange stehen kann.

Nach der Ladung erhält man folgendes Bild:

ζ. Zn j FeCl₂ ' Fe₂Cl₈ | C.

In der Praxis wird man nicht alles Zink quantitativ niederschlagen, da man die Qualität des Metallabsatzes und den Nutzeffekt des Stromes berücksichtigen muß; immerhin wird die Hauptmenge des Zinks sich auf die Kathode ansetzen; dieser Absatz ist der Träger der elektrischen Ladung. Das Chlor des Zinkchlorids bleibt als Chlorid des dreiwertigen Eisens in Lösung. Enthält nun der Elektrolyt freie Salzsäure, so ist es klar, daß das Element nicht restlos umkehrbar ist, denn durch die Elektrolyse wird am positiven Pol wohl freies Chlor, nicht aber Salzsäure ent-

wickelt. Die Elektrolyse von Sulfaten liefert zwar freie Schwefelsäure, jedoch wird bei Gegenwart von freien Säuren und größeren Mengen Eisensälzes beim Laden kain Zink an der Kathode niedergeschlagen; statt dessen entwickelt sich Wasserstoff; ein Element mit sauren Elektrolyten kann also nicht wieder aufgeladen werden, es ist nicht umkehrbar.

Die Verwendung der oben entwickelten Re- , ίο aktionen zur Stromaufspöicherung eröffnet eine neue, bisher in der elektrotechnischen Praxis nicht bekannte Kategorie von Akkumulatoren.

Im Gegensatz zu -den existierenden Typen, nämlich Bleisammler, alkalische Kupfer-, Silber- oder Nickeloxydsammler, jn welchen metallisch leitende Oxyde als Depolarisatoren am positiven Pol dienen, ist in vorliegender Zelle die elektrochemische Energie in einer aktiven Flüssigkeit (Fe₂ Cl₆) enthalten, welche gänzlich unabhängig von der.Zelle und außerhalb derselben in gewöhnlichen Behältern aufbewahrt und nach Bedarf zugesetzt werden - kann unter gleichzeitigem Herauslassen des verbrauchten Elektrolyten. Die Kapazität der Flüssigkeit pro Kilogramm Gewicht ist, mit dem Bleisammler verglichen, sehr hoch:

ι kg 60 prozentiger Lösung von Eisenchlorid entspricht einer Ladung von etwa 100 Amperestunden.

Für dieselbe Energiemenge braucht man 12C g Zn, also geben 1,120 kg aktive Substan- j /.en 100 Amperestunden, d.h. etwa 90 Am- j perestunden pro 1 kg. Die Spannung des | Elementes beträgt 1,5 Volt; in 1 kg aktive | Substanzen sind somit 135 Wattstunden ent- i halten. I

Die Elektroden (dünne Zinkbleche und Elek- ! trodcnkohle vom spez. Gew. 1,3) wiegen verliältnismäßig wenig, ebenso das Gefäß, welches , gleichzeitig als Elektrode dienen kann. Setzen i wir das Gewicht der Zellenkonstruktion gleich ·_; dem der aktiven Substanz, so werden wir¹ bei 2 kg Gesamtgewicht 135 Wattstunden erhalten oder bei 1 kg Gesamtgewicht 67,5 Wattstunden, während der leichteste transportable Bleisammler wohl nicht mehr als 25 Wattstunden Kapazität pro Kilogramm Gesamtgewicht aufweist.

Wenn es sich um Aufspeicherung" größerer . Ladungen handelt, wenn man Vorratszinkelektroden und Vorratsdepolarisatoren hat^ kann man sich beliebig der theoretischen ; Grenze nähern. 1

Außerdem ist -die konstruktive Haltbarkeit , dieses Sammlers nahezu unbegrenzt, da keine »aktive Masse« von den Elektroden abfällt ; und die Kapazität hier in dem .immer wieder sich neu absetzenden Zink und der formlosen '.

Flüssigkeit enthalten ist. Eine »Formierung« findet nicht statt; nach Zusammensetzung und Auffüllung ist die Zelle sogleich zur Aufnahme der vollen Ladung bereit.

Allerdings hält sich die Ladung nicht solange wie in den Akkumulatoren mit festem Depolarisator; schon nach wenigen Tagen wird die Diffusion der Eisenchloridlösung zum Zink partielle Entladung herbeiführen. Indessen gibt es einerseits Verwendungen von Akkumulatoren, bei denen man unmittelbar nach Ladung die Entladung vornimmt, z. B. für dig Bergmannslampen, Pufferbatterien, Hilfsbatterien bei kleineren Zentralen usw., andererseits kann man die aktive Flüssigkeit nach dem "Aufladen in besondere Behälter herüberpumpen und nach Bedarf die Zellen füllen. Auch wird in den meisten Fällen die in den Zellen enthaltene Flüssigkeit nur einen Bruchteil der gesamten in Behältern untergebrachten Laugemengen ausmachen, so daß dementsprechend der Kapazitätsverlust beim Stehen sich verringert.

Zu bemerken ist, daß beim Laden die Entstehung eines soliden und glatten Zinkniederschlages die Zirkulation· der Lauge zur Bedingung hat, was man leicht in verschiedener Weise zustande bringen' kann. Ebenso kann man die Entladestromdichte pro Oberflächeneinheit durch Bewegen des Elektrolyten bedeutend erhöhen.

Zur Erreichung besserer Leitfähigkeit kann man neutrale Alkalisalze oder Salze alkalischer Erden zufügen. Statt Kohleelektroden kann . man auch Eisenoxydelektroden (Magnetitelektroden) verwendend

Claims

- Patent-Ansprüche:

i. Umkehrbares galvanisches Element vom Bunsenschen Typus mit Zink . und Kohle (oder Magnetit) als Elektroden und zwei Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch Verwendung einer neutralen Lösung von Zinkchlorid oder Zinksulfat und zweiwertigen Eisensalzen (Chloriuy Sulfat), gegebenenfalls unter Ztisatz von neutralen Alkalisalzen oder Salzen der alkalischen Erden am Zinkpol, und einer ebenfalls neutralen Lösung von Zinksalz und dreiwertigem Elisensalz (Chlorid oder Oxydsulfat) ani Kohlepol, wobei diese Flüssigkeiten durch gewöhnliche Diaphragmen aus porösem Porzellan oder aus organischen Substanzen, wie Papier, Pappe, getrennt sind.
2. Umkehrbares Element nach An-Spruch ι unter \^rerwendtmg von Zirkulationsvorrichtungen- für die Elektrolyten während der Ladung und Entladung.