DE578318C

DE578318C - Galvanisches Element bzw. Akkumulator mit einer Anode aus Blei oder Sauerstoffverbindungen des Bleis und einer Kathode aus metallischem Zinn

Info

Publication number: DE578318C
Application number: DEW89518D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-07-23
Filing date: 1932-07-23
Publication date: 1933-06-12
Also published as: BE397701A; FR740522A; US2023717A

Description

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung· bildet ein galvanisches Element bzw. ein elektrischer Akkumulator, bei welchem die Anode aus Blei bzw·, aus SauerstoffVerbindungen des Bleis, die Kathode aus Zinn bzw. aus Zinn mit Zusatz von anderen Metallen, sei es in Form einer Legierung oder in Form, von stark zusammengepreßter Mischung der feingepulverten Metalle, und der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure mit Zusatz von irgendwelchen Chromverbindungen und Zinnoxydulsulfat (SnSO₄) besteht.

Sowohl die Anode aus Blei oder aus dessen Sauerstoffverbindungen als auch die Kathode aus Zinn sind bereits längst bekannt, ebenso wie der Zusatz von Chromverbindungen zum Elektrolyten aus verdünnter Schwefelsäure.

Eine Neuheit .bildet aber der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure mit Beimengung von kleinen Mengen von Chromverbindungen und Zinnoxydulsalz wie auch die Kathode aus Zinn mit Beimengung von ande-

oder

Pb O₂ + 2 H₂ S O₄ + Sn

geladen

Pb₂ O₅ + H₂ S O₄ -f Sn

Der Zusatz von Zinnoxydulsalz zum Elektrolyten bezweckt durch die Abscheidung von Zinn die* Bildung einer porösen Oberfläche der Kathode, die die Ladung erleichtert. Die ren Metallen. Schließlich ist ein galvanisches Element oder Akkumulator neu, dessen Anode aus Blei bzw. Sauerstoffverbindungen des Bleis und dessen Kathode aus Zinn, gegebenenfalls mit einem Zusatz von anderen Metallen, besteht, wobei als Elektrolyt verdünnte Schwefelsäure verwendet wird, in der nicht mehr als 4 g pro Liter Chromverbindung und nicht mehr als 80 g pro Liter Zinnoxydulsalz, vorzugsweise Zinnojcydulsulfat, gelöst sind. Ein galvanisches Element von 2 bis 2,2 V und von 100 Amp. und mehr beim Kurzschluß auf 1 dem² Fläche der Kathode war bisher unbekannt; die erwähnten Eigenschaften weist jedoch das Element gemäß der Erfindung auf. Zugleich ist das galvanische Element auch als ein Akkumulator zu betrachten, da es geladen werden kann.

Bei der Ladung und Entladung findet folgende chemische Reaktion zwischen der Anode und dem Zinnsalz des Elektrolyten statt:

Pb S O₄ + Sn S O₄ + 2 H₂ O
entladen

2 Pb O₂ + Sn S O₄ + H₂ O .

Abscheidung von Zinn findet in feinpulveriger Form statt, die das feste Anhaften des Metalls an der Kathode verursacht. Die Anwendung von größeren Mengen von Zinn-

oxydulsalz ist schädlich, weil der Überschuß von Zinnsalz Schlamm in dem Elektrolyten bildet, damit Kurzschlüsse verursachen kann und auch den Widerstand des Elektrolyten vergrößert. Ein Zusatz von Chromverbindungen in einer so kleinen Menge bezweckt!, die Bildung von schädlichen Sulfaten auf den Oberflächen der Elektroden zu verhindern, und seine katalytische Wirkung beeinflußt die Oxydation der Elektroden während der Ladung günstig. Außerdem schließt die Anwesenheit eines Chromsalzes im Elektro lyten die Möglichkeit einer Selbstentladung praktisch gänzlich aus, trotz Anwendung einer Kathode aus Zinn bzw. aus Zinn mit Beimengung von anderen, in verdünnter Schwefelsäure schwer löslichen Metallen, da solche Kathode schon von selbst eine Selbst entladung sehr erschwert. Schließlich gestattet ein solches Element, die Ladung mit viel stärkerem Strom vorzunehmen, als es bisher möglich war. Durch Anwendung einer Kathode aus Zinn und besonders aus Zinn mit Zusatz von anderen Metallen wird as die Anfangspolarisation des Elementes dadurch herabgesetzt, daß eine Legierung oder ein Amalgam von Zinn und Wasserstoff auf der Kathode bei Entstehung des Wasserstoffs in statu nascendi gebildet wird; als bester Beweis für diese Tatsache kann dienen, daß sofort nach dem Zugießen des Elektrolyten das Voltmeter 2,1 V und das Amperemeter Hunderte von Ampere zeigen, was die Anwesenheit eines minimalen inneren Wider-Standes ausweist. Das Element kann nach voller Erschöpfung seiner elektrischen Energie mit starkem Strom geladen werden; die Polarisation der Kathode wächst alsdann stark, was sehr günstig für die Benutzung des EIementes als Akkumulator ist.

Der Zusatz von anderen Metallen bezweckt eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit, ist aber selbstverständlich davon abhängig, welche Metalle und in welchem Verhältnis zum Zinn sie zugesetzt werden. Der Zusatz von Metallen zum Zinn in Form einer Legierung verringert die Löslichkeit des Zinns der Kathode in der Schwefelsäure und vergrößert auch dadurch den Widerstand der Kathodenplatte gegen Einwirkung mechanischer Kräfte.

Als Zusatz zum Zinn für die Herstellung von Kathodeelektroden können folgende Metalle in Betracht gezogen werden: Mg, Ca, Al, Zn, Si, Pb, Sb, Cu, Bi, Cd, Ag, Pd. Der Zusatz von einem oder von zugleich mehreren Metallen zum Zinn wird praktisch durch Herstellung von Legierungen oder durch Pressen unter starkem Druck der Mischung von feingepulvertem oder auch von schwammartigem Zinn und als Zusatz dienenden feingepulverten Metallen erreicht. Der Zusatz von Metallen zum Zinn darf nicht 20 0/0 gegen 8oo/₀ Zinn überschreiten. Es· ist aber zweckmäßig, noch kleinere Mengen der als Zusatz dienenden Metalle anzuwenden, besonders wenn ein oder zwei Metalle zum Zinn beigemengt werden, z.B. 950/0 Sn-J-5 0/0 Pb; 950/0 Sn -f 20/0 Cd -J- 30/0 Si; 95O/0 Sn -f- 20/0 Ca -f 3 0/0 Sb; 950/0 Sn -J- 20/0 Pb -j- 30/0 Si; 900/0 Sn -f 5% Sb'-f-■ 5 °/o Si. Bei Anwendung eines Zusatzes von drei oder mehreren Metallen darf die Menge von Zinn kleiner sein, aber in keinem Falle unter 800/0. z.B. 80O/0 Sn -{- 50/0 Cu -J- 50/0 Si -J- ioO/₀ Pb; 800/0 Sn -J- 2 0/0 Pb -j- 30/0 Ag -J- 5 0/0 Al -J- 2 0/0 Cu -J- 3 0/0 Mg -J- 50/0 Sb.

Es ist auch darauf zu achten, daß jedes einzelne Metall, welches dem Zinn beigemengt werden soll, nicht über 10 0/0, auf Zinn berechnet, beträgt; vorzugsweise soll sich diese Menge in den Grenzen von 1 bis ι ο 0/0 halten.

Es hat sich ergeben, daß die Kathode, aus einer Mischung von Metallen hergestellt, eine viel bessere elektrische Leitungsfähigkeit aufweist als jedes einzelne Metall für sich selbst.

Beispiel

Es wurde ein galvanisches Element bzw. ein Akkumulator von Größe 160X50X60 mm hergestellt, in welchem die Anoden aus Bleidioxyd (PbO₂) und die Kathoden aus einer Legierung von 960/0 Zinn (Sn), 2O/0 Blei (Pb) und 2 0/0 Antimon (Sb) waren. Der Elektrolyt bestand aus verdünnter Schwefelsäure von 24⁰ Be mit Zusatz von 3 g Chromsulfat und ι g Natriumbichromat sowie 30 g Zinnoxydulsulfat (SnSO₄) pro Liter der ver- too dünnten Säure. Nach Zugießen des Elektrolyten zeigte das Voltmeter eine Spannung von 2,1 V und das Amperemeter bei Kurzschluß 100 Ampere auf 1 dem² Fläche der Kathode. Nach einer Stunde Ruhe zeigte das Voltmeter 2,1 V und das Amperemeter bei Kurzschluß etwa 800 Amp. Beim eingeschalteten Voltmeter hat man eiserne und kupferne Drähte von 1,2 bis 1,5 mm Durchmesser zwanzigmal nacheinander verbrannt, up wobei das Voltmeter ein Sinken der Spannung bis auf 1,8 bis 1,7 V anzeigte. Wenn man aber zwischen jedem Verbrennen 2 bis 3 Minuten Ruhe gab, zeigte das Voltmeter bei' jedem Verbrennen eine Spannung von Volt. Eine Entladung hat nicht stattgefunden. Nach Verbrennen des letzten Drahtes zeigte das Amperemeter etwa 500 Amp. bei Volt. Nach 3 Stunden Ruhe zeigte das Amperemeter etwa 570 Amp. und das Voltmeter 2 Volt. Es wurde also eine Regeneration in hohem Grade festgestellt, ebenso

eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Kurzschlüsse.

Der Gegenstand der Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Der Widerstand des Elektrolyten beträgt etwa 0,005 Ohm und weniger, ist also sehr gering. Auch, die elektrische Kapazität ist demnach bei ununterbrochener Entladung verhältnismäßig gering. Dagegen ist diese aber bedeutend größer als bei den bisher bekannten Elementen bzw. Akkumulatoren,, wenn die Entladung mit Unterbrechungen geführt wird, und zwar weg'en der im hohen Grade auftretenden Regeneration. Die elektrische Kapazität des Elementes gemäß der Erfindung kann jedoch nach Wunsch durch Zusatz geringer Mengen von kolloidalen Stoffen zum Elektrolyten vergrößert werden, was, wie bekannt, durch Verminderung· der Leitfähigkeit des Elektrolyten die Erhöhung seines Widerstandes hervorruft (Das Leitvermögen der Electrolyte, Kohlrausch, Leipzig-, Teubner 1916, Seite 68). Sofort nach dem Zugießen des Elektrolyten erhält man eine bedeutende elektrische Energie, was sehr wichtig- z. B. für den Start von Automobilen wie auch für Zwecke der Telegraphic ist. Schließlich hat man dabei die Möglichkeit, Kurzschlüsse zu bilden, wobei beinahe sofort eine Regeneration stattfindet.

Claims

Patentansprüche:

1. Galvanisches Element bzw. Akkumulator mit einer Anode aus Blei oder Sauerstoffverbindungen des Bleis und einer Kathode aus metallischem Zinn, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus metallischem Zinn gegebenenfalls unter Zusatz von anderen Metallen entweder in der Form von gepreßter Mischung der feingepulverten Metalle oder in der Form von Legierungen, und daß der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure mit einem Zusatz bis zu 4 g Chromverbindungen und bis zu 80 g Zinnoxydulsalz, VOrZUg¹SWeISe Zinnoxydulsulfat, je Liter besteht.

2. Galvanisches Element bzw. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus 80 bis 980/0 Zinn und 2 bis 20O/0 anderem Metall oder Metallen bzw. deren Legierungen besteht.

3. Galvanisches Element bzw. Akkumulator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Metalle als Zusatz zum Zinn zur Herstellung- von Kathoden verwendet werden können: Mg-, Ca, Al, Zn, Si, Pb, Sb, Cu, Bi, Od;, Ag, Pd.