DE44177C

DE44177C - Herstellung einer konstanten elektrischen Batterie oder Differential - Batterie

Info

Publication number: DE44177C
Application number: DENDAT44177D
Authority: DE
Original assignee: FlCHET & NODON in Paris
Anticipated expiration: 1907-04-22

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die hiernach beschriebene elektrische Batterie ist eine constante, weil sie das zur Erzeugung des elektrischen Stromes verwendete Chlor nach dessen Function regenerirt und immer wieder von neuem zur Verwendung gelangen läfst, sie ist also regenerirbar. Erfinder nennen sie Differential - Batterie, weil ihre elektromotorische Kraft die Differenz zweier ungleichen und in entgegengesetzten Richtungen wirkenden elektromotorischen Kräfte bildet, welche aus zwei gleichzeitig auftretenden chemischen Wirkungen resultiren. Die eine der letzteren correspondirt mit einer chemischen Verbindung, welche zerstört, die andere mit einer solchen, die wiederhergestellt oder regenerirt wird.

Die primäre Verbindung ist diejenige, welche mit der gröfseren der beiden entgegengesetzten und gleichzeitig wirkenden elektromotorischen Kräfte correspondirt, und der primäre Strom ist derjenige, welcher die primäre Verbindung herstellt.

Die secundäre Verbindung ist diejenige, mit welcher die beiden schwächeren elektromotorischen Kräfte correspondiren, und der secundäre Strom ist der einer äufseren Quelle entliehene elektrische Strom, der dazu dient, die Batterie zu laden, indem er die primäre Verbindung· zerstört und die Bildung der secundären vornimmt bezw. bestimmt.

Die primären Verbindungen werden mittelst eines Metalles und eines Halogens (Chlor, Brom, Jod) hergestellt; die secundären Verbindungen werden mittelst desselben Halogens hergestellt, welches schon zur Bildung der primären Verbindung gedient hat und welches dieselbe unter Einwirkung des Ladestromes verläfst, um sich mit einem anderen nichtmetallischen Körper oder einem Salz zu verbinden.

Um nun für die Batterie eine gröfstmögliche elektromotorische Kraft zu erhalten, ist den primären Verbindungen eines Halogens und Metalles der Vorzug zu geben, weil sie sich unter gröfster Wärmeentwickelung bilden, natürlich vorausgesetzt, dafs Halogen und Metall den an sie gestellten, hiernach beschriebenen Bedingungen entsprechen.

In ganz derselben Weise ist bei den secundären Verbindungen, welche man aus einem Halogen und metallischen Körpern bilden kann, denjenigen der Vorzug zu geben, welche sich unter schwächster Wärmeentwickelung bilden, ebenfalls vorausgesetzt, dafs sie gewissen Bedingungen, wie Löslichkeit, Leitungsfä'higkeit u. s. w., entsprechen.

Man verwendet für die Erregüngsflüssigkeit der vorliegenden Batterie eine möglichst gut leitende Metallhalogenverbindung, deren Metall sich unter möglichst bedeutender Wäfmeentwickelung mit dem betreffenden Halogen verbindet, welches aber auch gleichzeitig aus dieser in wässeriger Lösung befindlichen Halogenverbindung elektrolytisch ausgeschieden wird und, ohne das Wasser zu zersetzen, frei neben demselben bestehen kann. Diesen Bedingungen entspricht am besten das Zink.

Für diese Metallhalogenverbindung kann man sowohl das Chlor als auch das Brom und Jod wählen.

Chlor ist wegen der gröfsten Wärmeentwickelung bei seiner Verbindung mit dem Metall das am kräftigsten wirkende. Aufser diesem Halogensalz wird für die Erregungsflüssigkeit noch ein Metalloid oder ein Salz verwendet, das im Stande ist, sich mit dem Halogen des Metallsalzes zu verbinden, welche Verbindung durch das Wasser nicht zersetzt wird und nur eine schwache Wärmeentwickelung zeigt. Als wirksam haben sich folgende Metalloide und Salze erwiesen, nämlich: Schwefel, Selen oder Brom und Jod (letztere beide für den Fall, wenn das Halogen des angewendeten Metallsalzes Chlor war) oder Jod (wenn das Halogen des angewendeten Metallsalzes Brom war) oder niedere Chlor-, Jod- oder Bromverbindungen mit Metallen, wie z.B. Eisen, Mangan, Zinn oder den Alkali- oder Alkalierdmetallen, welche bei einem vorhandenen Ueberschufs an Halogen im Stande sind, höhere Chlor-, Jod- oder Bromverbindungen zu bilden. Von Halogenverbindungen der Alkali - bezw. Alkalierdmetalle eignen sich hierzu die Jod- bezw. Bromverbindungen am besten, da diese im Stande sind, die höheren Jodide oder Bromide, z. B. K Br₃, KJ₃, BaBr₃, BaJ₃ u. s. w., ohne Druck und bei gewöhnlicher Temperatur zu bilden, was mit den Chlorverbindungen nicht der Fall ist.

Bezüglich des Selens und Schwefels ist noch zu erwähnen, dafs es genügt, diese beiden Stoffe in Pulverform suspendirt in der benutzten Flüssigkeit mit dem positiven Pol in Berührung zu bringen.

Die Wahl des Lösungsmittels, in welchem die Bildung und Lösung der secundären Verbindung vor sich gehen soll, ist nicht ohne Wichtigkeit, da hiervon oft die Beständigkeit dieser Verbindung abhängt. So kann man die Chlorüre, Jodüre und Bromüre der Alkalioder Alkalierdmetalle oder des Eisens und Mangans in Wasser lösen. Da aber die Chlor-, Jod- oder Bromverbindungen des Zinns, Antimons oder der Metalloide durch Wasser bei gewöhnlicher Temperatur zersetzt werden, mufs man hierfür als Lösungsmittel eine concentrirte Lösung von Chloriden, Jodiden, Bromiden der Alkali- oder Alkalierdmetalle anwenden, welche sich unter verhältnifsmäfsig starker Wärmeentwickelung hydratisiren.

Die secundäre Verbindung wird mit Hülfe eines besonderen Ladestromes erzeugt.

An folgenden vier Beispielen mag die Art und Menge der anzuwendenden Stoffe erläutert werden.

i. Soll bei Anwendung von Chlorzink die in der Batterie zu erzeugende secundäre Verbindung (dieses geschieht immer vermittelst eines auf irgend eine Weise erzeugten Ladestromes) Eisenchlorid (Fe₂ Cl₃) sein , was, nebenbei bemerkt, nicht von grofser Wirksamkeit ist, so verwendet man 2 Aequivalente Eisenchlorür (Fe Cl) auf 1 Aequivalent Zinkchlorür (Zn Cl) mit möglichst wenig Wasser, wie.nach der Gleichung 2Fe Cl -f Zn Cl = Zn + Fe₂ CZ₃ zur Bildung von Eisenchlorid ^Fe₂ Cl₃) erforderlich ist.

2. Bei Benutzung von Zinkbromür und von Eisenbromid als secundäre Verbindung braucht man 2 Aequivalente Eisenbromür (Fe Br) auf ι i\equivalent Zinkbromür (Zn Br) in gesättigter wässeriger Lösung.

3. Soll das Element unter Anwendung von Zinkjodür und Erzeugung von Kaliumtribromid (KJ₃) als secundäre Verbindung aufgebaut werden, so verwendet man 1 Aequivalent Jodkalium (KJ) auf 2 Aequivalente Zinkjodür in wässeriger Lösung nach der Gleichung KJ + 2 Zn J= K J₃ -f- 2 Zn.

4. Will man dagegen mittelst Zinkchlorürs unter Erzeugung von Jodchlorid (J Cl₃) als secundäre Verbindung die Batterie herstellen, so verwendet man 1 Aequivalent Jod auf 3 Aequivalente Zinkchlorür, aber man benutzt gleichzeitig, um ein Absetzen des Jods auf den Boden des Behälters zu vermeiden, als Lösungsmittel ein Alkalijodür oder -Chlorür. Da aber das Jodchlorür durch Wasser zersetzt wird, so mufs man eine Lösung einer bei ihrer Hydratisirung Wärme entwickelnden Substanz anwenden. Hierzu liefse sich schon Jodkalium verwenden, jedoch ist Chlormagnesium schon seines Preises wegen und dann auch, weil es im Stande ist, mit dem Jodchlorid eine gegen Wasser verhältnifsmäfsig beständige Doppelverbindung zu bilden, vorzuziehen. Man verwendet alsdann zu den angegebenen Mengen noch 1 Aequivalent Chlormagnesium. Will man behufs Aufnahme einer sehr grofsen Elektricitätsmenge alles Jod in Lösung erhalten, so fügt man noch '/₃ Aequivalent Jodkalium oder Jodmagnesium hinzu. Die Lösung wird mit möglichst wenig Wasser bewirkt.

Die anzuwendenden Substanzmengen bestimmen sich also nach den behufs Ansammlung von Elektricität zu bildenden secundären Verbindungen.

Die Differentialfunction wird einzig und allein aus der chemischen Gesammtreaction, welche in der Batterie vorgeht, erzeugt, und ist es von vornherein ersichtlich, dafs die Form der Gefäfse, in welchen die Bestandtheile enthalten sind, ohne Einflufs auf die Reactionen selbst ist. Man kann also diese Batterien in Bezug auf Form und Anordnung gleich den allgemein gebräuchlichen Apparaten construiren. Indessen hat die Erfahrung auf gewisse specielle Anordnungen geführt, durch welche gewisse neue Vortheile erzielt werden.

Claims

Es wurde gefunden, dafs, da Jod leichter löslich in einer Auflösung von Chloriden der Alkalien oder alkalischen Erden, als in reinem Wasser ist, die Gegenwart dieser Salze die Bildung von Jodchlorür begünstigt und ein schnelleres . Laden der Batterie ermöglicht. Ebenso löst sich das Jodchlorür besser in den Auflösungen der Chloride der Alkalien und der alkalischen Erden als in reinem Wasser, und seine Lösung widersteht besser einer etwaigen Temperaturerhöhung.

Das Aluminium- und das Magnesiumchlorid haben in diesem Falle die besten Resultate geliefert. ■

Die Herstellung des Elementes geschieht folgendermafsen:

Flach auf einen Tisch wird eine Kohlenplatte gelegt, z. B. die negative, mit einer Kupferseite nach unten und mit der anderen amalgamirten Zinkseite nach oben. Darauf werden zwei ungefähr ι mm starke kleine Lineale und oben darauf eine poröse Platte gelegt, welche aus schwach gebranntem Porcellan, aus Fayence, aus Asbestpappe u. s. w. bestehen kann. Wesentlich hierbei ist, dafs dieselbe von der Flüssigkeit nicht angegriffen wird. Auf diese poröse Platte legt man zwei Lineale von 5 bis 6 mm Stärke und endlich darauf die positive Platte, deren obere Seite ebenso wie die untere Seite der negativen Platte verkupfert ist. Dann umgiebt man drei der offenen Seiten dieses so zusammengestellten Apparates mit einem haltbaren Kitt (z. B. mit Schiffsleim oder Guttapercha), welcher auf warmes Eisen aufgelegt ist. Sobald der Kitt fest geworden ist, stellt man den Apparat auf, welcher durch die poröse Platte in zwei ungleiche Theile getheilt ist. In dem engeren Theil vollzieht sich die Ablagerung des Zinks auf der negativen Elektrode; in den anderen Theil giefst man die Flüssigkeit, worauf die Batterie, falls dieselbe transportabel sein soll, wie auf den Seiten, so auch oben geschlossen werden mufs. Um einer gleichmä'fsigen Vertheilung des Stromes auf der Oberfläche der Elektroden sicher zu sein, stellt man einen Pinsel aus Kupferfäden her, welche so von einem. Punkte nach allen Seiten gehen und mit ihren freien Enden an den verschiedenen Punkten der Kupferoberfläche angelöthet werden, während man die gemeinschaftliche Vereinigungsstelle der Kupferfäden an die Stromleitung löthet.

Auf diese Weise erhält man einen Apparat von grofser Leichtigkeit, da bei demselben ein Glas- oder Thongefäfs völlig vermieden wird, welches bei den gewöhnlichen Batterien zur Aufnahme der Flüssigkeit dient. Das Gefäfs wird hier durch die Elektroden selbst gebildet.

Sollen mehrere Elemente zu einer Batterie vereinigt werden, dann ist die Anordnung dieselbe. Zuerst beginnt man mit einer verkupferten und verzinkten Platte, wie oben gesagt, darauf kommt eine poröse Platte, indem man mittelst Zwischenlagen oder Keile freie Räume zwischen den einzelnen Platten läfst, dann eine zweite Kohlenplatte mit der Kohlenseite, nach unten und der verzinkten Seite nach oben, dann eine poröse Platte, dann eine dritte Kohlenplatte, wie die zweite, u. s. f., und man schliefst mit einer Kohlenplatte, deren Unterseite frei, deren Oberseite verkupfert ist. Drei der offenen Seiten des Apparates schliefst man mit einer Kittmasse, wie oben beschrieben würde, und die Batterie ist zusammengestellt. Darauf füllt man sie, schliefst sie, befestigt die Leitungen und bringt das Ganze in einen Holzkasten, welcher zweckmä'fsig so eingerichtet ist, dafs der Apparat vor inneren Stöfsen gesichert ist.

In folgendem mögen als Beispiel die für die Herstellung der Batterie-Flüssigkeit zweckmäfsigen Mengenverhältnisse angegeben werden, welchen die Aequivalentgewichte der einzelnen Substanzen zu Grunde gelegt sind.

Man kann also zweckmäfsig nehmen: Zinkchlorid (1 Aequivalent) 6,8 g; Magnesiumchlorid (ι Aequivalent) 47,5 g; destillirtes Wasser, soweit als zum Lösen nöthig, ungefähr 45 g; Jod zur Bildung von J Cl₃ (V₃ Aequivalent) 43,3 g.

Will man für die Batterie an Stelle des Chlorids und des Jods Brom, Schwefel, Selen verwenden, so nimmt man von jedem dieser Körper die zum Eingehen der Verbindung nöthigen Mengen, wie es für Chlor gezeigt wurde, welches in dem Zinkchlorid enthalten ist.

Die elektromotorische Kraft der so construirten Batterie beträgt 1,84 Volt.

Die elektromotorische Kraft des Ladestromes darf 2 Volt für jedes Element nicht übersteigen. Die mittlere Intensität des Ladestromes beträgt ι Ampere auf 1 qdm.

Patenτ-Ansprüche:

i. Für regenerirbare Differential-Batterien als Erzeugungsflüssigkeit die Anwendung von Lösungen, welche durch Verbindung eines Halogens mit · einer der folgenden Substanzen erhalten werden, nämlich:

a) mit den niederen Chlorüren, Bromüren, Jodüren des Eisens, Mangans, Zinns, Antimons oder der Alkali- oder Alkalierdmetalle, welche in Gegenwart eines Ueberschusses an Halogen höhere Chlor , Brom- oder Jodverbindungen zu bilden im Stande sind, oder

b) mit Schwefel oder Selen, oder

c) mit Brom oder Jod, falls das active Halogen des Elementes Chlor ist, oder

d) mit Jod, falls das active Halogen des Elementes Brom ist.

Bei in Gegenwart von Wasser unbeständidigen secundären Verbindungen der Ersatz des reinen Wassers durch Lösungen von Chlor-, Jod- oder Bromverbindungen der Alkali- oder Alkalierdmetalle, welche Verbindungen bei ihrer Hydratisirung Wärme entwickeln und unter gewissen Umständen im Stande sind, Doppelsalze mit den secundären Verbindungen zu bilden, welche die Function von Erzeugungsflüssigkeiten in den regenerirbaren Batterien ausüben.