DE806447C - Galvanisches Element mit Alkaliamalgam-Elektrode - Google Patents

Description

• Galvanisches Element mit Alkaliamalgam-Elektrode Die vom Erfinder angegebenen galvanischen Elemente mit Alkaliamalgam-Elektroden sind insbesondere durch eine in bezug auf den Alkalimetallgehalt niedrige, möglichst unter i % liegende Konzentration des Elektrodenamalgams gekennzeichnet.
• Diese Forderung wird praktisch so verwirklicht, daB einer Quecksilberelektrode jeweils dosierte Mengen eines höher prozentigen Amalgams (etwa 23"/0) in Tablettenform zugegeben werden.
• Als brauchbare Elementkombination wurde zunächst das System: Natriumamalgam - Natronlauge - Kupferoxyd erkannt, wobei statt Kupferoxyd auch andere Metalloxyde, wie Silberoxyd, Nickeloxyd oder Quecksilberoxyd, vorgesehen wurden. Die stromliefernde Reaktion verläuft im wesentlichen nach den Formeln: 2Na+2H20 -9- 2NaOH +H2 (I) 2 CU 0 + H2 Cu20 + H20 (11) Cu2 0 + H2 -@ 2 Cu + H20 (111) wobei die Reaktionen 1I und III nebeneinander ablaufen. Es werden also bei einem Formelumsatz ein Molekül Wasser verbraucht und zwei Moleküle Natriumhydroxyd gebildet. Damit erhöht sich beim Arbeiten des Elementes die Elektrolytkonzentration beträchtlich.
• Nun ist nach der Nernstschen Theorie eine höhere Na- Ionenkonzentration des Elektrolyten nicht erwünscht, da sie die Lösungstension der Na-Ionen der Amalgamelektrode verkleinert und damit deren negatives Potential erniedrigt. Aus diesem Grunde wurde die Elektrolytkonzentration anfangs möglichst niedrig gewählt, wobei jedoch im Hinblick auf die Leitfähigkeit und damit den inneren Widerstand des Elementes eine Grenze (etwa 7 % Na O H Lös.) nicht unterschritten werden durfte. Andererseits erwies sich eine Konzentration von etwa 20% NaOH als äußerst günstig im Hinblick auf den inneren Widerstand des Elementes, aber bereits sehr nachteilig im Hinblick auf die Spannung. Damit erhob sich auch die Forderung, zur Erreichung einer genügenden Kapazität verhältnismäßig viel Elektrolyt im Element vorzusehen, was auch wieder zu einer Erhöhung des Elementwiderstandes führen mußte.
• Die so gebauten Trockenelemente besaßen also zunächst einen verhältnismäßig zu hohen inneren Widerstand, der die gewünschte Arbeitsspannung nicht erreichen ließ. Im Betrieb verkleinerte sich dann der innere Widerstand und verbesserte zunächst etwas die Arbeitsspannung. Bald aber überwog bereits der Einfluß der Elektrolytkonzentration auf die Spannung der Amalgamelektrode, die Arbeitsspannung erniedrigte sich wieder.
• Eine Verbesserung konnte nach der Nernstschen Theorie in der Verwendung eines von Na-Ionen f reien Elektrolyten erwartet werden. Die Versuche ergaben jedoch, daß derartige Elektrolyte eine zu rasche Zersetzung des Natriumamalgams (Selbstentladung) bewirken, da nun die Lösungstension des Natriums zu groß wird. Von einem praktisch brauchbaren Trockenelement muß aber eine möglichst geringe Selbstentladung der einmal eingeworfenen Tabletten gefordert werden, so daß sich die Verwendung eines ganz anderen Elektrolyten zunächst nicht durchführen ließ.
• Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich alle Schwierigkeiten durch die Wahl eines Elektrolyten beseitigen lassen, der aus Alkalilauge besteht, wobei jedoch ein anderes Alkali zu wählen ist, als jeweils als Aktivstoff verwendet wird. So kann mit Erfolg z. B. Kalilauge als Elektrolyt und Natrium in Form von Natriumamalgam als Aktivelektrode im gleichen Element verwendet werden. Die Kalilauge kann in diesem Falle hochkonzentriert sein, ohne daß das Potential der Natriumamalgam-Elektrode ungünstig beeinflußt wird. Damit ergibt sich ein äußerst geringer innerer Widerstand derartiger Elemente. Die Selbstentladung nimmt keine größeren Werte an als bei dem bisher verwendeten gleichsinnigen (Natronlauge bei Na-Amalgam) Elektrolyten. Auch ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten durch das Nebeneinander von K- und Na-Ionen, deren letztere ja im Betrieb in den Elektrolyten gelangen. Natürlich könnte man auch umgekehrt bei einem Kaliumamalgam Natronlauge als Elektrolyten verwenden oder ein anderes Alkali benutzen.
• In Erweiterung dieser Erfindung ergab sich ferner, daß gerade die Elementkombination: Natriumamalgam - Kalilauge - Quecksilberoxyd in jeder Hinsicht außerordentlich günstig zur Herstellung von Trockenelementen, also mit entsprechend verdicktem Elektrolyten, geeignet ist, die im übrigen nach den vorstehenden Prinzipien mit flüssiger Quecksilberelektrode und Amalgamtabletten aufzubauen sind.
• Es wird eine EMK von rund 2 Volt und eine Arbeitsspannung von etwa 1,6 bis 1,7 Volt erreicht. Die Entladekurve verläuft dabei fast horizontal. Die Belastbarkeit ist gut; das Verhältnis des Gewichtes und des Volumens zur elektrischen Leistung übersteigt alle bisherigen Trockenelemente, da selbst bei kleinen Elementen etwa 6o Wh/kg bei einem Raumbedarf von etwa i io Wh/dms erzielt werden. Das Quecksilberoxyd und das Natriumamalgam werden zu etwa go% im Hinblick auf die theoretischen Werte ausgenutzt. Der F_lektrolytbedarf ist verhältnismäßig gering.
• Diese günstigen Werte resultieren vor allem aus der Anwendung der Erkenntnisse dieser Erfindung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Galvanisches Element mit Alkaliamalgam-Elektrode kleiner Alkalimetall-Konzentration, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Elektrolyten aus Alkalilauge, deren Alkalimetall nicht mit dem des Amalgams übereinstimmt.
2. 2. Galvanisches Element nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Natriumamalgam-Elektrode und Kalilauge als Elektrolyt.
3. 3. Galvanisches Element nach den Ansprüchen i und 2, gekennzeichnet durch die Kombination: Natriumamalgam - Kalilauge-Quecksilberoxyd.