DE511038C - Trocken-Gleichrichterzelle - Google Patents

Trocken-Gleichrichterzelle

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DE511038C DEM92450D DEM0092450D DE511038C DE 511038 C DE511038 C DE 511038C DE M92450 D DEM92450 D DE M92450D DE M0092450 D DEM0092450 D DE M0092450D DE 511038 C DE511038 C DE 511038C
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Description

Die Erfindung betrifft Trocken-Gleichrichterzellen mit Elektroden aus Stoffen, die in der Spannungsreihe weit voneinander entfernt stehen. Bei den bekannten Trocken-Gleichrichterzellen dieser Art, soweit ihre Wirksamkeit auf elektrochemischen Vorgängen beruht, und deren eine oder beide Elektroden aus einem Halbleiter, z. B. Schwefel-Kupfer, bestehen, zeigte sich der Übelstand, daß sie gegen äußere Einflüsse, insbesondere Schwankungen der Temperatur, des Druckes, der Belastung sowie gegen Atmosphärilien empfindlich sind. Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Übelstände und gründet sich auf die Beobachtung, daß für die Wirksamkeit und Lebensdauer der' Trocken-Gleichrichterzellen obiger Art die Beschaffenheit und Aufrechterhaltung der Widerstandsschicht zwischen beiden Elektroden von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Hierbei wurde gefunden, daß sich bei geeigneter Wahl der Elektrodenkombination diese Widerstandsschicht nach etwaigen Verletzungen stets wieder unter der Wirkung des Stromes nachbildet, so daß die bisher notwendige Außerbetriebsetzung und Wiederinstandsetzung der Zellen vermieden werden kann.
Erfindungsgemäß dient als negative Elektrode die Verbindung einer Metallegierung mit einem Element der sechsten Gruppe des periodischen Systems und als positive Elektrode ein Leichtmetall der zweiten oder dritten Gruppe des periodischen Systems. Beide Elektroden werden unter dauerndem Druck zusammengepreßt. Als besonders vorteilhaft erwies - sich für die negative Elektrode das chemische Umsetzungsprodukt von Messing mit Schwefel und Selen, im Mischungsverhältnis von 1:5 bis 6 Gewichtsteilen. Eine derartige Elektrode wird ähnlich wie die bekannten Schwefel-Kupfer-Elektroden durch eine Hitzebehandlung mit Schwefeldampf, vorzugsweise derart hergestellt, daß eine Messikigmasse amal'gamiert und der Einwirkung einer nicht oxydierenden Atmosphäre mit einem Gehalt an Schwefel- und Selendämpfen bei einer Temperatur von 8oo° C ausgesetzt wird, worauf die Masse zwecks Austreibung okkludierter Gase höher erhitzt und ihr schließlich eine glatte Oberfläche aufgepreßt oder ihre Oberfläche auf andere Weise geglättet wird. Die aus einem Leichtmetall der zweiten oder dritten Gruppe des periodischen Systems bestehende positive Elektrode wird vorzugsweise auf ihrer Oberfläche mit einer Amalgam- oder Oxydschicht bedeckt.
ZurVeranschaulichumg der Erfindung dient die beiliegende Zeichnung, welche in
Abb. ι wesentlich schematisch eine aus einer Mehrzahl von Zellen bestehende Gleichrichteranordnung zeigt, während Abb. 2 die zu einer einzigen Zelle gehörigen Elemente veranschaulicht.
Mit io ist die elektropositive Elektrode oder Anode der Gleichrichterzelle bezeichnet, welche Scheiberiform besitzt und aus irgendeinem geeigneten elektropositiven Metall oder to sonstigen elektropositiven Stoffen bestehen kann. Die elektronegative Elektrode oder Kathode ist mit 11 bezeichnet und besitzt ebenfalls Scheibenform und befindet sich in unmittelbarer Berührung mit der elektropositiven Elektrode.
Gemäß der Erfindung wird die Kathode so hergestellt, daß sie in sich die Eigenschaft erhält, den Strom nur in einer Richtung zu leiten, ohne daß es notwendig wäre, eine besondere Schicht für diesen Zweck zwischen der elektropositiven und der elektronegativen Elektrode zu bilden, wie es sonst durch einen sogenannten Alterungsprozeß geschieht.
Zur Erreichung des erwähnten Zweckes wird gemäß der Erfindung ein metallischer Grundstoff chemisch mit stark elektronegativen Elementarstoffen verbunden, welche die Fähigkeit besitzen, der Masse die Gleichrichteeigenschaft für Wechselstrom zu verleihen. Die elektronegativen chemischen Elementarstoffe, welche hiernach mit dem metallischen Grundstoff zu verbinden sind, sind allgemein ausgedrückt die Elemente der sogenannten Sauerstoff- oder sechsten Gruppe des periodischen Systems der chemischen Elemente. Im besonderen können für den hier in Frage kommenden Zweck von den Elementen der genannten Gruppe Anwendung finden: Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur. Im allgemeinen sind die letztgenannten Elemente vorzuziehen, da sie ein höheres Leitvermögen besitzen als die erstgenannten.
Der metallische Grundstoff für die elektronegative Elektrode ist vorzugsweise Kupfer oder ein unter Benutzung von Kupfer gewonnenes Material, da dieser Stoff mit den Elementen der sechsten Gruppe xasch chemische Verbindungen eingeht. Damit die elektronegative Elektrode, wenn sie unter Verwendung von Kupfer als Grundstoff hergestellt wird, nicht brüchig ausfällt, und damit sie gut bearbeitungsfähig ist und eine hinreichende Nachgiebigkeit besitzt, wenn sie unter Druck gesetzt wird, um allenthalben in innige Berührung mit der Anode zu treten, empfiehlt es sich, den metallischen Grundstoff der Elektrode nicht mit reiner Kupferbasis herzustellen, sondern unter Verwendung eines kupferenthaltenden Gemisches, z. B. einer Legierung von Kupfer mit einem anderen metallischen Element, welches der Masse die gewünschten Eigenschaften zu verleihen vermag. Die Metalle, welche für diesen Zweck mit Kupfer legiert werden können, sind Silber, Zink, Zinn und Antimon. Diese Metalle bilden gleichfalls leicht Verbindungen mit den Elementen der sechsten Gruppe des periodischen Systems, ebenso wie es mit Kupfer der Fall ist. Wenn demgemäß die letzterwähnten Elemente mit Kupfer legiert werden, so bilden sie eine metallische Grundmasse, welche die metallischen Eigenschaften besitzt, die für das elektronegative Element der Zelle verlangt werden. Besonders günstige Resultate sind mit Messingmischungen erzielt worden, welche einen verhältnismäßig hohen Zinkgehalt besaßen, z. B. Mischungen von 80 °/0 Kupfer und 20 °/0 Zink.
Eine solche Messingmasse wird vorzugsweise zunächst mit Quecksilber amalgamiert, bevor sie mit den chemischen Elementen der sechsten Gruppe des periodischen Systems chemi s ch verbun den wir d, d ad ie ohetmi sehe Verbinduog sich besser vollzieht, wenn das Messing vorher amalgamiert ist. Die chemische Umsetzung zwischen der Messingmasse und den chemischen Elementen der sechsten Gruppe des periodischen Systems kann in irgendeiner geeigneten Weise erfolgen. Man kann z. B. die Masse in einer nicht oxydierenden Atmo-Sphäre einer Temperatur von 1500 bis 500° C aussetzen.
Elektronegative Elemente, welche Selen oder Tellur enthalten, haben in besonders hohem Grade die Eigenschaft, nur einseitig stromleitende Schichten zu bilden. Für diesen Zweck müssen die Reaktionstemperaturen höher als bei Sulfiden gehalten werden. Eine kleine Zumischung von Sulfiden trägt dazu bei, die Brüchigkeit zu vermindern, welche »oo diesen Stoffen im allgemeinen eigen ist. Das bevorzugte Verfahren zur Erzeugung einer elektronegativen Selenidelektrode besteht darin, einen oder mehrere Messingkörper in einer nicht oxydierenden Atmosphäre in einer Reaktionskammer mit einem Gemisch von Schwefel und Selen im Verhältnis von 1:5 oder 6 Gewichtsteilen zusammenzubringen und die Reaktionskammer bis auf eine Temperatur von etwa 800 ° C zu erhitzen.
Nachdem die Selenide so gebildet und darauf wieder abgekühlt worden sind, und bevor man sie zur Bildung von Gleichrichterzellen zusammenstellt oder weiter bearbeitet, werden sie vorzugsweise erneut verhältnismäßig "5 hoch in freier Luft erhitzt und dann wieder abgekühlt, da auf diese Weise Gase, welche in den Seleniden aus der Behandlung in der Reaktionskammer okkludiert zurückbleiben, herausgetrieben werden, wodurch die Gleichrichtewirkung der Zelle verbessert wird. Man kann jedoch elektronegative Elektro-
den mit ähnlichen Eigenschaften auch erhalten, ohne daß man zunächst Metallegierungen bildet, indem man einfach Kupferverbindungen mit anderen Stoffen metallischen Ur-Sprungs, vorzugsweise in pulverförmigem Zustande, mischt; man kann auch kleine Kristalle benutzen. Solche Stoffe metallischen Ursprungs existieren auch in der Form chemischer Verbindungen der Elemente der sechsten Gruppe und können aus Metallen, z. B. aus einem der oben aufgeführten Metalle oder aus Mangan, Blei, Vanadium oder Eisen, gebildet werden. In diesen Fällen würde das gepulverte oder kristallinische Material gründlich durchgemischt werden, um eine gleichmäßige Verteilung zu erzielen, und durch Anwendung von Hitze und Druck würde es zu Massestücken geformt werden, um den metalloiden Körper zu erzeugen, der für eine, elektronegative Elektrode gebraucht wird. Wo kristallinisches Material benutzt wird, sollte der Druck so gewählt werden, daß die Kristalle in Flächenberührung miteinander gelangen, wobei ein verhältnismäßig dichter Körper entsteht.
Die Mengenverhältnisse, in welchen die Stoffe miteinander entweder zu legieren oder zu mischen sind, um eine elektronegative Elektrode zu bilden, sollten so gewählt werden, daß der resultierende Körper einen Potentialfall an der Berührungsfläche ergibt, der größer ist als der bei reinem Kupfersulfid.
Der entstandene elektronegative Körper wird nach der Hitzebehandlung vorzugsweise einem Schleifprozeß oder einer sonstigen Bearbeitung unterworfen, um ihm eine glatte Oberfläche zu geben. Derselbe besitzt einen höheren spezifischen Widerstand als reines Kupfersulfid. Wenn eine solche Elektrode in eine Gleichrichterzelle eingebaut wird, dann bedarf es keines Überzugs oder Zwischenschicht, um den Gleichrichteeffekt hervorzurufen.
Als elektropositives Elektrodenelement wird ein Metallkörper gewählt, der verhältnismäßig stark elektropositiv gegenüber den Elementen der sechsten Gruppe im elektronegativen Element ist, da im allgemeinen der Gleichrichteeffekt um so größer ist, je größer der Abstand zwischen den zur Herstellung der elektropositiven Elektrode und der elsktronegativen Elektrode benutzten Stoffe in der elektrochemischen Reihe ist. Die chemischen Elemente der sogenannten Erdalkaligruppe bilden im allgemeinen passende metallische Grundstoffe zur Herstellung des Anodenelements 10. Die bevorzugten Elemente sind z. B. Aluminium, Kalzium, Magnesium und Zink oder Amalgam davon, d. h. deren Legierungen mit Quecksilber. Die Amalgame können für diese Zwecke in irgendeiner geeigneten Weise hergestellt werden, z. B. indem man die zu amälgamierenden Metalle in eine geeignete Lösung von Quecksilberchlorid bringt.
Die scheibenförmigen, elektropositiven Elektroden, welche in der Zeichnung mit 10 bezeichnet sind, können aus Blech von den letzterwähnten Metallen erzeugt werden, wobei die Bleche mit Quecksilber überzogen werden, falls die Anwendung einer Legierung gewünscht wird. Um den Kontaktwiderstand an den Berührungsflächen der Elektroden unabhängig von dem elektronegativen Element zu variieren, kann auch die Oberfläche der elektropositiven Elektroden oxydiert werden.
Wenn die elektronegative Elektrode Selen oder Tellur enthält, dann empfiehlt es sich, Magnesium oder ein Magnesiumamalgam als Material für die elektropositive Elektrode zu verwenden, da diese Zusammenstellung besonders gute Gleichrichteeffekte ergibt.
Eine zu einer Batterie zusammengestellte Mehrzahl von Zellen gemäß der Erfindung, deren Elemente in inniger Berührung miteinander gehalten sind, ist in Abb. 1 veranschaulicht. Hier bezeichnet 12 einen Bolzen, weleher durch eine Mehrzahl von hintereinanderliegenden Gleichrichterzellen hindurchgeführt ist. Die Zellen sind in Reihe geschaltet und in zwei Gruppen unterteilt, welche zueinander spiegelverkehrt angeordnet sind. Der Bolzen 12 ist gegen die Zellen durch ein Isolierrohr 14 isoliert.
Zwischen den beiden spiegelverkehrt zueinander angeordneten Zellengruppen liegt eine gemeinsame Elektrode 15. Diese Elektrode befindet sich vorzugsweise in Berührung mit einem Kathodenelement jeder der beiden Zellengruppen, so daß diese Elektrode den negativen Pol des Gleichstromkreises 20, 21, 22 bildet.
In der Mitte jeder Zellengruppe liegt eine Elektrode 16. Diese beiden Mittelelektroden 16 sind an die Pole einer Wechselstromquelle angeschlossen, z. B. an die Sekundärwicklung des Wechselstromtransformators 17. Die auf der Zeichnung dargestellte Anordnung ist für eine Vollweg-Gleichrichtung geeignet, aber behufs Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung sind die Stromanschlüsse nur für eine Halbweg-Gleichrichtung dargestellt. Um zu verhindern, daß Gegenstrom im Stromkreise 20, 21, 22 fließen kann, falls ein ungewöhnliches Sinken des Potentials in diesem Stromkreise auftritt, ist ein Ausschalter 23 vorgesehen, der nach der Darstellung der Zeichnung ebenfalls "aus einer Gleichrichterzelle besteht.

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    i. Trocken-Gleichrichterzelle mit Elektroden aus in der Spannungsreihe weit voneinander entfernt stehenden Stoffen,
    dadurch gekennzeichnet* daß die negative Elektrode aus der Verbindung einer Metallegierung mit einem Element: der sechsten Gruppe des periodischen Systems besteht und mit einem: als positive Elektrode dienenden Leichtmetall der zweiten
    ,oder dritten ' Gruppe : des periodischen Systems zusammengepreßt wird.
  2. 2. Trocken-GIeichrichterzelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die
    • negative Elektrode aus dem chemischen Umsetzungsprodukt von. Messing mit ■Schwefel und Selen im .Mischungsverhältnis von ι : 5 bis 6 Gewichtsteilen, besteht oder dieses, enthält.
  3. 3.- Verfahren "zur Herstellung einer negativen Elektrode nach Anspruch '2 "durch Hitzebehandlung mit Schwefeldämpfen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messingmasse amalgamiert und der Einwirkung einer nichtoxydierenden Atmosphäre mit einem Gehalt an Schwefel- und Selendämpfen bei einer Temperatur von 8ooQ C ausgesetzt, daß die Masse dann einer Erhitzung auf eine hohe Temperatur behufs Austreibung der okkludierten Gase unterworfen, und daß ihr schließlich' eine glatte Oberfläche aufgepreßt bzw. ihre Oberfläche geglättet wird.
  4. 4. Trocken-GIeichrichterzelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der positiven Elektrode vorzugsweise mit einer Amalgam- oder Oxydschicht bedeckt ist.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEM92450D 1924-12-10 1925-12-10 Trocken-Gleichrichterzelle Expired DE511038C (de)

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