DE690105C - Nickel-Zink-Akkumulator - Google Patents

Description

• Nickel-Zink-Akkumulator Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Sammler mit seiner im wesentlichen aus Zink bestehenden negativen Masseelektrode und einem Borsäure und Alkalilauge, vorzugsweise Kalilauge, enthaltenden Elektrolyten. Die positiven Elektroden sind Masseplatten, wie sie in alkalischen Eisen- oder Kadmiumsammlern üblich sind, die negativen Elektroden enthalten als aktiven Bestandteil Zinkschwamm, dem zweckmäßig einige Prozent Quecksilber zugefügt sind. Die Masseträger werden aus einem vom Elektrolyten nicht angreifbaren Metall, vorzugsweise Eiseen oder Nickel oder einer Legierung dieser Metallre, hergestellt. Erfindungsgemäß ist die Kalilauge des Elektrolyten mit Borsäure so weit gesättigt, daß die Lösung die Zusammensetzung einer schwach alkalischen Kaliummetaboratlösung hat. Hierdurch wird erfindungsgemäß der ganz, besondere technische Vorteil erzielt, daß die Zinknasse während der Entladung des Sammlers sowie in der Ruhe im wesentlichen unlöslich bleibt. Vorzugsweise beträgt die Borsäuremenge mehr als 75 Gewichtsprozent vom K2 0-Gehalt der Ausgangslauge.
• Man hat bereits vorgeschlagen, in einem elektrischen Sammler mit einer aus Zink bestehenden negativen Elektrode einen neutralen Elektrolyten zu verwenden, welcher aus gleichen Teilen Borozinkatkalium und Wasser beistehen und ein spezifisches Gewicht von 45 beisitzen soll. Mit einem solchem Elektron lyten sollte es gelingen, während der Ladung sämtliches Zink auf der negativen Elektrode niederzwschlagen, so daß der Elektrolyt im geladenen Zustande zinkfrei wäre.
• Wie Versuche aber ergeben haben, ist ein solches Borozinkatkalium nicht herstellbar und überhaupt nicht existenzfähig. Zink, Alkali, Borsäure und Wasser können nur die Bestandteile eines Elektrolyten bilden, wenn dieser jenen großen Überscheiß an freiem Alkali besitzt. Ein solcher Elektrolyt enthält die Verbindungen x KOH, y KHZn02, z K B 02, also freies Alkali, und käme daher für den obenerwähnten bekannten Sammler nicht in Frage, da er nicht neutral ist.
• Wie weiterhin Versuche bewiesen haben, besteht aber auch gar nicht die Möglichkeit, eine neutrale Borozinkatkaliumlösung zu erhalten, indem man z. B. Zinkoxyd bzw. Zinkoxydhydrat in Kaliummetäboratlösung zu lösen versucht; denn diese Verbindungen sind in Kaliummetaboratlösung völlig umlöslich. Bei dem obenexwähnten ' Vorsichlag isst man daher von völlig unzutreffenden Vorauisisietztingen ausgegangen. Löst man in Kalilauge Zinkoxyd als Zinkat auf und setzt portionsweise Borsäure hinzu, so wird diese aufgelöst, und man gelangt nach Zusatz einer bestimmten Menge zu einem Punkt, an denn die Zinkverbindung aus der Lösung ausfällt. Die nun vom zinkhaltigen Niederschlag abfiltrierte Lösung ist zünkfrei. Um in 25%iger Kalilauge gelöstes Zinkat zu entfernen, sind je Liter etwa 35o g Borsäure erforderlich. Es ist dies etwas mehr, als einer Metaboratlösung entspricht, und liegt weit unter der völligen Umwandlung der Kalilauge in Tetraboratläsung.
• Setzt man in eine solche Alkaliboratlösung eine Masseplatte, die Zinkschwamm enthält, als negative Elektrode und eine geladene Masseplatte mit Nickeloxydhydrat als positive Elektrode ein, so wird die negative Masseplatte entladen, ohne daß Zink in Lösung geht, ebenso findet die Entladung der positiven Platte ohne Änderung des Elektrolyten statt.
• Es hat seich gezeigt, daß es, um einen brauchbaren Sammler zu erhalten, nicht unbedingt notwendig ist, das Zink im Elektrolyten durch so hohen Borsäurezusatz unlöslich zu machen. Verringert man z. B. den Borsäurezusatz von 35o g je Liter äug 25o g j e Liter 2 5 % ig er Kalilauge; so erhält man einen Elektrolyten, in welchem Zinkhydroxyd in sehr geringem Ausmaß löslich ist. Entlädt man in einem solchen Elektrolyten eine negative, Zinkschwamm und Quecksilber enthaltende Masseplatte unter Verwendung einer geladenen positiven Nickelhydratplatte, so löst sich zwar ein geringer Teil des Zinkschwannmes im Elektrolyten auf, der größte Teil des Zinks verbleibt jedoch in der Platte in Form einer im Elektrolyten unlöslichen Zinkoxydverbindung. Windeine solche Zelle wieder aufgeladen, so wird sowohl diese unlösliche Zinkverbindung zu Metall reduziert als auch das im Elektrolyten gelöste Zink an der Elektrode niedergeschlagen. Letzteres bildet auf der Plattenoberfläche einen dünnen Zinkhauch. Bei der nächsten Entladung geht dieses Metall zuerst in Lösung, wodurch eine weitere Auflösung des in der Masseplatte enthaltenen Zinkschwammes verhindert wird und sich dieses bei der Entladung nur noch: oxydiert. In einem solchen Elektrolyten arbeitet somit die negative Elektrode vorzugsweise als Masseelektrode.
• Durch das Abstumpfen von Alkalilauge mit Borsäure erhält man einen Elektrolyten geringerer Leitfähigkeit, als Wie sie die Alkalilauge allein besitzt. Es ist daher für die Verwendung dieses Elektrolyten im Nickel-Zink-Akkumulator von Wichtigkeit, Elektroden von besonders geringem Widerstand zu benutzen. Als sehr geeignet haben sich solche Zinkelektroden bewährt, bei denen das Zink in die Poren poröser Metallplatten eingebracht ist. Es hat sich herausgestellt, daß es für die Wirksamkeit des Zinks in unlöslichen Zinkelektroden erforderlich ist, das Zink weitgehend zu zerteilen und in möglichst guten Kontakt mit dem ableitenden Trägermaterial zu bringen, da die Oxydationsprodukte des Zinks, die bei der Entladung entstehen, schlechte Elektrizitätslefter sind. Eine poröse Metallplatte erfüllt diesen Zweck in ganz besonderer Weise und gewährt gleichzeitig dem Elektrolyten am leichtesten Zutritt zur Zinkmasse.
• Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, diese Zerteilung des aktiven Zinks noch durch das Einbringen eines leitenden Spreizstoffes zu steigern. Als solcher kommt vor allem Kadmiummetall in Frage, das bei der Entladung nicht oxydiert wird, solange noch metallisches Zink als aktiver Körper vorhanden ist.
• Als poröses Trägermaterial werden Platten. aus Eisen, Nickeleisenlegierung und Nickel verwendet.
• Das Einbringen des Zinks in solche Platten läßt sich auf mannigfache Weise bewerkstelligen.
• Man kann z. B. Zinkoxyd in Ammoniak lösen, die Lösung in die porösen Platten einsaugen lassen, das Ammoniak und das überschüssige Wasser abdampfen, dieses Verfahren mehrmals wiederholen und dann das in den Poren der Platte abgeschiedene Hydrat durch elektrischen Strom in alkalischer Lösung zu Metall reduzieren.
• Indem man in der ammoniakalischen Zinklölsung gleichzeitig Kadmiumhydrat mitlöst, kann man gleichzeitig einen Spreizstoff abscheiden. Es ist auch möglich, die porösen Metallplatten mit Zinksalzlösung zu tränken und dann das Zink in alkalischer Lösung durch elektrischen Strom abzuscheiden.
• Werden solche mit metallischem Zink imprägnierten porösen Platten in Wasser gestellt, so beginnt eine starke Wasserstoffentwicklunig, weil sich das äußerst fein zerteilte Zink besonders leicht oxydiert.
• Es hat sich gezeigt, daß die Gasentwick- i lunig, die im Sammler zur raschen Selbstentladüng führt, auch bei solch fein verteiltem Zink fast vollständig aufgehoben werden kann, wenn man die porösen Metallplatten vor Einbringen das Zinks amalgamiert. Sie i hört auch auf, wenn man auf das Zink Quecksilber aus einer Quecksilbersalzlösung niedersuhlägt.
• Zinkelektroden mit in Taschen eingebetteter aktiver Zinkmasse lassen sich in der i Weise herstellen, daß man Zinkschwamm bzw. Zinkstaub unter Zusatzeiniger Prozent Quecksilberoxyd zu Briketts preßt und diese in die Taschen einführt. Auch hier läßt sich durch Zusatz eines Spreizstoffes eine weitere Zerteilung der Zinkmasse erzielen.
• Da es sich ferner gezeigt hat, daß in einer Kalilauge, deren Alkali bis zur Stufe der Metaboratbildung abgestumpft ist, sich Nickelhydrat zu höherem Nickeloxydhydrat genau so aufoxydieren läßt wie in Kalilauge allein und das Trägermaterial Nickel bzw. vernickeltes Eisen nicht formiert wird, sind bei. dem neuen Sammler alle Bedingungen für eine lange Lebensdauer erfüllt.
• Er besitzt den Vorzug des bekannten Zinkakkumulators mit löslicher Zinkelektrode, nämlich die hohe Entladespannung, die im Mittel bei I,65 Volt liegt, hat aber nicht die Nachteile desselben, nämlich die Kurzschlußgefahr durch Abscheidung des Zinks zwilsichen den Elektroden und die Entmischbarkent des Elektrolyten.
• Bei den bisher bekannten Sammlern mit einem Borsäure und Alkalilauge, vorzugsweise Kalilauge, enthaltenden Elektrolyten konnten diese Wirkungen niemals erzielt wer' den, da der Elektrolyt nicht die oben angegebene Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung besaß.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Elektrischer Sammler mit einer im wesentlichen aus Zink bestehenden negativen Masseelektrode und einem Borsäure und Alkalilauge, vorzugsweise Kalilauge, enthaltenden Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalilauge mit Borsäure so weit gesättigt ist, daß die Lösung die Zusammensetzung einer schwach alkalischen Kaliummetäboratlösung hat. z. Elektrischer Sammler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsäuremenge mehr als 75 Gewichtsprozent vom K20-Gehalt der Ausgangslauge beträgt.