DE636277C - Elektrisches Primaerelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Primärelement mit einer Elektrode aus Magnesium und einer zwischen ihr und der zweiten Elektrode angeordneten, in Berührung mit beiden Elektroden stehenden Schicht aus Faserstoffmaterial, welche als Träger für den Elektrolyten dient.

Die Erfindung bezweckt die Steigerung der Leistungsfähigkeit derartiger Elemente durch weitgehende Ausnutzung der Luftdepolarisation und der dem Verbrauch unterliegenden Magnesiumelektrode. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Faserstoffschicht auch als Mittel zur Herbeiführung der Luftdepolarisation dient, indem sie über die Kanten der Elektrode hinausgeführt ist und an diesen Teilen mit Luft in Berührung steht. Um einen fortschreitenden Verbrauch der Magnesiumelektrode gegen die An-

ao schlußklemme hin zu erhalten, ist erfindungsgemäß die zweite Elektrode luftundurchlässig, während der Elektrolyt der Faserstoffschicht an oder nahe jenem Ende der Magnesiumelektrode zugeführt wird, welches von der Anschlußklemme entfernt ist. Hierdurch wird auch der Vorteil erzielt, daß die zufolge der fortschreitenden Reaktion zunehmende Konzentration und mithin auch Leitfähigkeit des Elektrolyten durch die entstehenden, schlecht leitenden Reaktionsprodukte kompensiert wird, so daß der innere Widerstand des Elements bis kurz vor der Erschöpfung desselben praktisch konstant bleibt. Damit die Faserstoffschicht ihre doppelte Funktion mit Sicherheit erfüllen kann, sind erfindungsgemäß die zweckmäßig plattenförmigen Elektroden sowie die dazwischen befindliche Faserstoffschicht oder Schichten in ein Gehäuse mit einer Bodenkammer eingeschlossen, in welche die Faser-StoffscMchten hineintauchen und aus welcher sie mit dem Elektrolyt versorgt werden, ohne jedoch die Elektrodenplatten einzutauschen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform dieser Anordnung ist erfindungsgemäß das Gehäuse auf jeder Seite mit über die volle Höhe sich erstreckenden Lufträumen versehen, die mit der Bodenkammer in Verbindung stehen und zur Belüftung der Zelle dienen, wobei die Anordnung derart ist, daß die über die Elektroden hinausragenden Randteile der Faserstoffschichten in diese Räume hineinragen.

Vorteilhaft weist ferner erfindungsgemäß das Gehäuse angenähert die Form einer Buchhülle auf, wobei der dem Rücken des Buches entsprechende Teil die Bodenkammer bildet, aus welcher der Elektrolyt gezogen wird, und die Seitenwände der Hülle mit sich berührenden Flanschen versehen sind, wobei Hilfsmittel vorgesehen sind, um diese Flanschen zwecks Schließung des Gehäuses zusammenzuhalten.

Die Ausnutzung der Luftdepolarisation bei elektrischen: Primärelementen verschiedener Art ist an sich bekannt, Es war jedoch nicht vorauszusehen, daß bei- den in Frage stellen^.· den Elementen die Luftdepolarisation eine derartig überragende und rasche Wirkung auszuüben vermag, daß solche Elemente"' Kurzschlüsse ohne jede Schädigung .ertragen' und sich in kürzester Zeit wieder erholen, ίο Es ist ferner bekannt, zur Elektrolytzuführung zu den Elektroden galvanischer Elemente einen Docht zu verwenden, welcher in einen unterhalb der Elektrode befindlichen Flüssigkeitsbehälter eintaucht. Hierbei ist »5 jedoch die Zuführungsstelle für den Elektrolyten ohne Bedeutung im Gegensatz zur Anordnung gemäß der Erfindung, wo diese Stelle mit Rücksicht auf die größtmögliche Luftdepolarisation einerseits und den fortschreitenden Verbrauch der Magnesiumelektrode andererseits gewählt werden muß.

Als Werkstoff für die Faserstoffschicht zwischen den Elektroden eignen sich besonders Zellstofffasern, Holzwolle oder Löschpapier. Für Negativelektroden eignen sich verschiedene Metalle je nach ihrer Stellung in der Spannungsreihe und sonstigen physikalischen Eigenschaften. Als Beispiele seien genannt: Kupfer, Silber, Platin, wobei die beiden letzteren, natürlich in Form dünner Überzüge auf weniger teueren Metallen, wie z. B. Kupfer, benutzt werden.

An Stelle des Magnesiums, welches in handelsüblicher Reinheit verwendbar ist, können natürlich auch magnesiumreiche Legierungen, insbesondere mit in der Spannungsreihe benachbarten Metallen benutzt werden. So eignet sich beispielsweise eine Legierung mit einem Gehalt von etwa 7 °/o Aluminium, ι bis 2 °/o Mangan und Rest Magnesium. Zusätze von 2 bis 7 % Aluminium zu käuflich reinem Magnesium erweisen sich ebenfalls als vorteilhaft.

Die Erfindung soll nunmehr an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert werden.

Fig. ι zeigt in perspektivischer Ansicht eine Zelle, die für schwere Belastung brauchbar ist, und

Fig. 2 eine Stirnansicht teilweise im Schnitt.

Fig. 3 zeigt perspektivisch die voneinander getrennten Teile der Zelle, nachdem der Inhalt aus dem Behälter entfernt worden war.

Die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Form der Zelle umfaßt als Elektroden zwei Reihen von flachen Platten, nämlich die Magnesiumplatten ι und die anderen Platten 2, welche beispielsweise aus Kupfer mit oder ohne einen Überzug aus Silber bestehen oder auch aus Stahl mit einem Belag von Kupfer oder Silber. Die beiden Plattenreihen 1 und 2 sind zahnartig ineinandergeschoben, wie aus Fig. 2 hervorgeht, und weisen zwischen sich ».■Platten aus Löschpapier 3 auf, welche in der n;vWeise aufgebracht werden, daß man einen f* größen Bogen vollständig um eine jede der [."Platten herumfaltet, wie in Fig. 3 angedeutet. Dies bewirkt, daß der Bogen über die Platten hinaus an den beiden Seiten- und der Oberkante der Platte in die Luft hineinragt. Die Platten endigen an der gestrichelten Linie 4 in Fig. 3, während die Löschpapierblätter nach unten hervorragen, wie aus jener Figur ersichtlich. Eine jede Platte besitzt an ihrem oberen Ende eine Fahne, und diese Fahnen bilden zwei gegenüber angeordnete Gruppen 5 und 6, wobei die mit S bezeichneten Fahnen jene der Magnesiumplatten darstellen. Eine jede dieser Fahnengruppen wird von einer Anschlußklemme 7 zusammengeklemmt. Das Platten- und Papierpaket ist in einen Metallbehälter 8 eingesetzt, welcher, wie in den Zeichnungen angedeutet, eine Form aufweist, die ähnlich der eines Buchumschlages ist. An jenem Teil, welcher dem Rücken des Buches entspricht, sind die Seitenflächen unter Bildung einer Bodenkammer 9 verbunden. Die Seitenwände des Behälters weisen Flanschen 10 auf, die sich unter einem Winkel von ungefähr 45 ° zu jenen Seitenflächen erstrecken und bei der geschlossenen Lage des Behälters aneinanderstoßen, wie es in den Fig. ι und 2 ersichtlich ist. Diese aneinanderstoßenden Kanten jener Flansche sind mit nach außen gerichteten Lippen 11 versehen, so daß die Flansche 10 durch Überschieben der geschlitzten Rohre 12 über diese Lippen zusammengehalten werden können. Die oberen Kanten der Seitenwände des Behälters können mit ähnlichen Flanschen 13 versehen sein, deren nach außen gerichtete Lippen durch ein geschlitztes Rohr 14 zusammengehalten -werden. Die Seitenflansche umschließen senkrechte Räume, welche sich über die volle Höhe des Behälters oberhalb der Bodenkammer 9 erstrecken. Am unteren Ende eines jeden dieser Räume befindet sich ein dreieckiger Lappen 16 der Stirnwand der Grundkammer 9. Dieser Lappen dient als Deflektor und verschließt den größeren Teil jenes senkrechten Raumes.

Aus Fig. 3 ist leicht ersichtlich, wie die Zelle zusammengebaut werden kann. Die Plattengruppe mit ihren Papierhüllen wird in den Behälter eingesenkt, während sich dieser in der Offenstellung gemäß Fig. 3 befindet, und in ihrer Lage durch Bolzen 17 fixiert, welche. aus Isolierstoff bestehen und durch ein paar Löcher 18 in der einen Seitenwand des Behälters sowie durch die Bohrungen 19 der Plattengruppe hindurchragen.

Der Behälter wird dann geschlossen. Auf diese Weise gelangen die Flansche io und 13 in Berührung miteinander, und die Sicherung des Behälters im geschlossenen Zustand er-S folgt durch Überschieben der Schlitzrohre 12 und 14 über die Flanschlippen. Die Bolzen 17 werden dann durch die Löcher 18 in der gegenüberliegenden Wand des Behälters hindurchgeschoben und durch geschlitzte Stifte (Splinte) durch die vorstehenden Enden hindurch gesichert. Bei diesem Zusammenbau erstrecken sich die unteren Enden der Löschpapierhüllen 3 unterhalb der Platten in die Bodenkammer 9 hinein. Letztere enthält ein Kissen 20, welches hauptsächlich aus löslichem Elektrolytmaterial besteht. Die Zelle wird durch Eingießen von Wasser in die Bodenkammer betriebsfertig gemacht. Dies kann leicht mit Hilfe der von den Seitenflanschen 10 geschlossenen Räume und Deflektoren 16 bewirkt werden. Wird die Kammer 9 mit Wasser gefüllt, dann löst sich Elektrolytmaterial auf, und die Lösung wird durch die Löschpapierblätter in die Zwischenräume zwischen die Plattenreihen gesaugt. Die Zelle ist nunmehr fertig zum Gebrauch und kann Strom liefern. Die Stromlieferung findet so lange statt, bis das gesamte Wasser verbraucht ist. Die Wirkung der Zelle kann fortgesetzt werden, indem man das Wasser von Zeit zu Zeit erneuert, bis das »gesamte Elektrolytmaterial aufgelöst worden ist.

Während der Betriebsdauer der Zelle werden die Magnesiumplatten zerstört unter Bildung einer vergleichsweise voluminösen Verbindung. Indem man den Elektrolyten vom Boden der'Platten nach oben befördert, folgt, daß die Einwirkung auf das Magnesium zunächst am stärksten an den unteren Teilen stattfindet und sich allmählich gegen die oberen Teile hin erstreckt. Dementsprechend befindet sich der in den ersten Stadien des Betriebes der Zells gebildete Niederschlag der Verbindung in dem unteren Teile des Behälters und erstreckt sich nur allmählich zum oberen Teil, so daß die Wirkung des aktiven Teils des Elements nicht wesentlich durch die Bildung eines schlecht leitenden Körpers zufolge der chemischen Einwirkung gestört wird, da dieser Körper nicht unmittelbar in der Strombahn liegt.

Es ist klar, daß das Gehäuse der Zelle aus dem gleichen Material wie die wirksame Oberfläche der Platten 2 hergestellt oder damit überzogen sein sollte, so daß keine elektrolytische Wirkung zwischen Behälter und jenen Platten stattfinden kann. Es kann vorteilhaft sein, die Gruppe der Platten 2 mit dem Behälter zu verbinden, so daß der letztere einen Teil des elektronegativen Elements der Zelle bildet.

Es ist ersichtlich, daß die Kanten der Papierschichten in die "von den Flanschen 10 zu beiden Seiten des Behälters umschlossenen Räume hineinragen und so in Berührung mit Luft stehen. Dies ist wichtig, weil hierdurch die depolarisierende Wirkung jener Schichten unterstützt wird.

Wo die Seiten des Behälters 8 mit den Wänden der Bodenkammer 9 zusammen- 7" stoßen, ist eine Rippe 21 vorgesehen, welche als Federangel dient, die bestrebt ist, die Seitenwände in der in Fig. 3 gezeichneten Offenstellung zu halten, aber ein leichtes Bewegen in die geschlossene Lage gemäß Fig. 1 gestattet. Da die Seitenwände des Behälters aus vergleichsweise dünnem Metall bestehen und nur an den Kanten zusammengehalten werden, wird ein gewisses Maß der Volumenausdehnung des Behälters ermöglicht, indem sich die unteren und mittleren Teile der Seitenwände nach außen wölben. Dies dient dazu, irgendwelche Ausdehnung des Behälterinhaltes bei fortschreitender chemischer Einwirkung auf das Magnesium aufzunehmen.

Die Menge Elektrolytmaterial, welche in der Bodenkammer 9 untergebracht ist, wird im allgemeinen derart berechnet, daß sie für Verbrauch der Magnesiumplatten bis zur Grenze der praktischen Leistungsfähigkeit hinreicht. Wenn die Zelle erschöpft ist, kann der Behälter 8 leicht geöffnet und der Inhalt entfernt werden. Nunmehr kann in die Kammer 9 ein neuer Vorrat an Elektrolytmaterial eingebracht und ein neuer Satz von Platten im oberen Teil des Behälters eingesetzt werden, so daß die Batterie rasch wieder in Betriebsbereitschaft ist. Die Magnesiumplatten 5 werden im Laufe des Betriebes der 10* Zelle fast vollständig zerstört, aber die anderen Platten können wiederholt benutzt werden, indem man sie mit einem anderen Satz von Magnesiumplatten und Löschpapierschichten zusammenbaut unter Bildung des in Fig. 3 dargestellten zum Einsetzen in einen Behälter fertigen Plattenpaketes.

Diese Art' von Element liefert bei offenem Stromkreis eine Spannung von etwa 1,3 Volt, wobei der genaue Wert von dem für die elek- no tronegativen Platten benutzten Metall abhängt. Das Element vermag einen Strom in der- Größenordnung von etwa 1 Ampere pro 640 qcm Oberfläche der Magnesiumplatten zu liefern. Diese Art Zelle besitzt eine große Oberfläche bei vergleichsweise geringem Volumen und Gewicht. Die Polarisation der Zelle ist für alle vernünftigen Stromstärken zu vernachlässigen, und selbst nach Mißbrauch, beispielsweise bei Kurzschluß, wird die Zelle schnell und vollständig depolarisiert.

Claims (5)

1. • Patentansprüche:

   ι . Elektrisches Primärelement mit einer •5 Elektrode aus Magnesium und einer zwischen ihr und der zweiten Elektrode angeordneten, in Berührung mit beiden Elektroden stehenden Schicht aus Faserstoffmaterial, welche als Träger für den ίο Elektrolyten dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffschicht auch als Mittel zur Herbeiführung der Luftdepolarisation dient, indem sie über die Kanten der Elektroden hinausgeführt ist und an diesen Teilen mit Luft in Berührung steht.
2. 2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode luftundurchlässig ist und der Elektrolyt der Faserstoffschicht an oder nahe jenem Ende der Magnesiumelektrode zugeführt wird, welches von der Anschlußklemme entfernt ist, so daß ein fortschreitender Verbrauch der Elektrode vom Zufuhrende gegen die Anschlußklemme hin stattfindet.
3. 3. Element nach Anspruch 1 mit plattenförmigen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten und Faserstoffschicht oder Faserstoffschichten in ein Gehäuse mit einer Bodenkammer eingeschlossen sind, in welche die Faserstoffschichten hineintauchen und aus welcher sie mit Elektrolyt versorgt werden, ohne daß jedoch die Elektrodenplatten eintauchen.
4. 4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf jeder Seite mit über die volle Höhe sich erstreckenden Lufträumen versehen ist, die mit der Bodenkammer in Verbindung stehen und zur Belüftung der Zelle dienen, wobei die Anordnung derart ist, daß die über die Elektroden hinausragenden Randteile der Faserstoffschichten in diese Räume hineinragen.
5. 5. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse angenähert die Form einer Buchhülle aufweist, wobei der dem Rücken des Buches entsprechende Teil die Bodenkammer (9, Fig. 3) bildet, aus welcher der Elektrolyt gezogen wird, und die Seitenwände der Hülle mit sich berührenden Flanschen (bei 10 und 13) versehen sind, wobei Hilfsmittel (12 und 14) vorgesehen sind, um diese Flanschen zwecks Schließung des Gehäuses zusammenzuhalten (Fig. 1 bis 3).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen