DE8230321U1 - ELECTROCHEMICAL ELEMENT - Google Patents

ELECTROCHEMICAL ELEMENT

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DE8230321U1 DE19828230321 DE8230321U DE8230321U1 DE 8230321 U1 DE8230321 U1 DE 8230321U1 DE 19828230321 DE19828230321 DE 19828230321 DE 8230321 U DE8230321 U DE 8230321U DE 8230321 U1 DE8230321 U1 DE 8230321U1
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7036 Schönaich.7036 Schönaich.

Elektrochemisches ElementElectrochemical element

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches 20The invention relates to an electrochemical 20

Element gemäß dem Oberbegriff des AnspruchesElement according to the preamble of the claim

Ein bekanntes elektrochemisches Element dieser Art ist das Daniell-Element ("Lexikon der Physik",A well-known electrochemical element of this type is the Daniell element ("Lexikon der Physik",

Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, 2. Auflage, 25Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart, 2nd edition, 25

1959, Seite 199}, welches das System Cu/CuS04/ZnS04/Zn1959, page 199}, which the system Cu / CuS0 4 / ZnS0 4 / Zn

aufwsist. Die die beiden Elektrolyten bildenden sauren Zink- und Kupfersulfatlösungen, die also beide pH-Werte kleiner 7 haben, sind durch eine ori poröse Tonwand getrennt. Bsi Stromlieferung gehtupstairs. The acidic zinc and copper sulphate solutions that form the two electrolytes, both of which have pH values below 7, are separated by an ori porous clay wall. Bsi electricity delivery goes

Zink der die negative Anode bildenden Zink-Elektrode in Lösung, wobei die positiven Zinkionen die negativen SO.-Ionen durch die poröse Tonwand hindurch zu sich herüberziehen,· Die frei werdenden positiven gg Kupfer-Icnenwandern zur zweiten Elektrode, die dieZinc of the zinc electrode forming the negative anode in solution, with the positive zinc ions being the negative SO ions through the porous clay wall pull over to you, · The released positive gg copper inner migrate to the second electrode, which the

lila ·> <!■·'·purple ·> <! ■ · '·

3535

5472 -ΙΟ5472 -ΙΟ

, 5 positive Katode bildet und eine Kupferplatte ist. '; Beim Aufladen laufen die umgekehrten Reaktionen, 5 forms positive cathode and is a copper plate. '; The opposite reactions occur when charging

ab. Das Daniell-Element bildet also ein Sekundärelement. Es hat u. a. den Nachteil, daß seine Energiedichte und damit seine Kapazität relativaway. The Daniell element thus forms a secondary element. It has, inter alia. the disadvantage that its Energy density and therefore its capacity relative

I 10 klein ist, weil die als zweiter Elektrolyt dienende I Kupfersulfatlösung rasch verarmt, da die denI 10 is small because it serves as the second electrolyte I copper sulphate solution quickly becomes depleted because the

f Säurerest bildenden S04~lonen der Kupfersulfat-f S0 4 ~ ions of the copper sulphate

\ lösung in die den ersten Elektrolyten bildende \ solution in the first electrolyte forming

»' Zinksulfatlösung abwandern mit der Folge rascher“'' Zinc sulphate solution migrates more quickly with the result

15 Erschöpfung dieses Sekundärelementes. Auch tritt I unvermeidlich Vermischung der beiden Elektrolyten15 exhaustion of this secondary element. Also, mixing of the two electrolytes inevitably occurs

I durch die poröse Tonwand hindurch ein,da sieI enter through the porous clay wall as it

I solche Durchlässigkeit haben muß, daß die negativenI must have such permeability that the negative

I Säurereste SO4 des zweiten Elektrolyten als TrägerI acid residues SO 4 of the second electrolyte as a carrier

I 20 der negativen Ladungen in den ersten ElektrolytenI 20 of the negative charges in the first electrolyte

einwandern können. Diese notwendig* Durchlässigkeit I für die Säurereste "SO4'1 macht damit die porösecan immigrate. This necessary * permeability I for the acid residues "SO 4 '1" makes the porous

\ Tonwand notwendigerweise auch für die Metallionen \ Clay wall necessarily also for the metal ions

' Zn und Cu der Elektrolyte durchlässig, da diese'Zn and Cu of the electrolytes are permeable because these

: 25 niedrigeres Atomgewicht haben als dem Molekular-: 25 lower atomic weight than the molecular

gewicht des Säurerestes SO4 entspricht. Das Danielll konnte sich deshalb nicht in nennenswertemcorresponds to the weight of the acid residue SO 4. The Danielll was therefore unable to do anything worth mentioning

in die Praxis einführen und spielte im wesentlichen nur in den. Anfängen der Elektrotechnik die Rolle eines Spannungsnorrcals.into practice and essentially only played in the. Beginnings of electrical engineering the role of a voltage norcal.

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- 11 -- 11 -

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Zur Vermeidung der besdhriebeneri Verarmung der Kupfersülfatlösung wurde ein Meidinger-Element bekannt, bei dem durch ein Vorratsgefäß mit Kupfersulfat-Kristallen für die Aufrechterhaltung der1 Konzentration .der Kupfersülfatlösung des Daniell-Elemen tes gesorgt wurde. Dies ist jedoch baulich aufwendig tmd vermeidet dennoch relativ rasche Erschöpfung des Elementes und dessen rasche Selbstentladung nicht* Auch die Energiedichte sowohl des Daniellals auch des Meidinger-Elementes ist relativ gering, d, h. es benötigt bei gegebener Kapazität (in Whi relativ große Volumen.For the avoidance of impoverishment of the besdhriebeneri Kupfersülfatlösung a Meidinger element was known, was provided in which .the by a storage vessel with copper sulfate crystals for maintaining the concentration 1 Kupfersülfatlösung of Daniell elemene tes. However, this is structurally complex and nevertheless does not prevent the element from being exhausted relatively quickly and its rapid self-discharge. with a given capacity (in Whi) it requires a relatively large volume.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein elektrochemisches Element der eingangs genannten Art zu schaffen, welches geringe Selbstentladung, hohe Lebensdauer und hohe Energiedichte aufweisen kann.It is therefore an object of the invention to provide an electrochemical element of the type mentioned at the beginning Art to create, which have low self-discharge, long service life and high energy density can.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrochemisches Element gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by an electrochemical element according to claim 1 .

Dieses erfindungsgemäße elektrochemische Element weist nur sehr geringe Selbstentladung auf. Der zweite Elektrolyt erschöpft sich nichtf weil beim Entladen OH-Ionen die Ladungsträger und, falls es ein Sekundärelement ist, beim Laden H-KEonen die Ladungsträger in den Elektrolyten bilden, die durch die Trennwand hindurch wandern. Das Molekulargewicht der OH-Ionen ist sehr gering, nämlich 3 7 undThis electrochemical element according to the invention exhibits only very little self-discharge. The second electrolyte is not exhausted f because when discharging OH ions form the charge carriers and, if it is a secondary element, when charging H-KE ions form the charge carriers in the electrolyte, which migrate through the partition. The molecular weight of the OH ions is very low, namely 37 and

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2020th

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das Atomgewicht der Unionen beträgt sogar nur 3. In jedem Fall ist dieses Molekulargewicht bzw. dieses Atomgewicht kleiner als das Atomgewicht der in dem zweiten Elektrolyten befindlichen Metallionen, wenn/ wie bevorzugt vorgesehen, der zweite Elektrolyt mindestens eine Metallverbindung gelöst enthält. Es ist zwar auch möglich, den zweiten Elektrolyten so vorzusehen, daß die in ihm gelöste chemische Verbindung keine Metallverbindung ist, sondern beispielsweise eine wässrige Salmiak-lösung. Das Salmiak NH4Cl bildet im Wasser unter Abspaltung des Chlors NH4OH-MoIeRuIe/ deren Molekulargewicht also 35 ist, also mehr als doppelt so groß als das der OH-Ionen. Es kann deshalb die den ersten vom zweiten Elektrolyten trennende Trennwand stets so ausgebildet werden, daß sie sowohl die ' . im ersten Elektrolyten enthaltenen Metallionen, als auch im zweiten Elektrolyten enthaltene Metallionen oder andere Moleküle mit größeren Molekulargewichfen als dem von OH-Molekülen nicht durchlässt, sondern nur die OH-Ionen und selbstverständlich auch die Η-Ionen, da diese noch geringeres Atomgewicht haben. Ferner kann die Trennwand zweckmäßig so gewählt sein, daß r.ie auch die Lösungsmittel der Elektrolyten, die dann identische chemische Konstitution haben, vorzugsweise Wasser sein können, durchläßt.the atomic weight of the unions is even only 3. In any case, this molecular weight or this atomic weight is smaller than the atomic weight of the metal ions in the second electrolyte, if / as preferred, the second electrolyte contains at least one metal compound in dissolved form. It is also possible to provide the second electrolyte in such a way that the chemical compound dissolved in it is not a metal compound but, for example, an aqueous ammonia solution. The ammonia NH 4 Cl forms in the water with elimination of the chlorine NH 4 OH molecules / whose molecular weight is 35, i.e. more than twice as large as that of the OH ions. It can therefore always be formed so that the dividing wall separating the first from the second electrolyte that they both the '. Metal ions contained in the first electrolyte, as well as metal ions contained in the second electrolyte or other molecules with larger molecular weights than that of OH molecules does not let through, but only the OH ions and of course the Η ions, as these have an even lower atomic weight. Furthermore, the partition can expediently be chosen so that the solvents of the electrolytes, which then have an identical chemical constitution, preferably water, can also pass through.

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Das erfindungsgemäße Element kann auch als nichtaufladbares Primärelement ausgebildet werden. Auch, in diesem Falle darf die Trennwand nicht durchlässig sein für die im ersten Elektrolyten enthaltenen Säurereste. The element according to the invention can also be used as a non-chargeable Primary element are formed. Also, in this case the partition wall must not be permeable his for the acid residues contained in the first electrolyte.

Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Elemente ist, daß sie sehr hohe Energiedichte erhalten können, da sie nur geringe Mengen an Elektrolyten benötigen, weil sie beim Entladen nicht verarmen. Die Elektrolyten können im allgemeinen zweckmäßig Flüssigkeiten sein, gegebenenfalls jedoch auch pastenförmigen Charakter erhalten oder mindestens ein Elektrolyt kann in einem porösen Trägermedium aufgesogen sein.'Another advantage of inventive elements that they can get very high energy density because they require only small amounts of electrolytes because they do not deplete during unloading. In general, the electrolytes can expediently be liquids, but optionally also have a paste-like character, or at least one electrolyte can be absorbed in a porous carrier medium.

Das Volumen eines erfindungsgemäßen Elementes kann infolge des geringen Elektrolytbedarfes sehr klein gehalten werden. Erfindungsgemäße Elemente lassen sich auSh relativ kostengünstig herstellen und sind überdies umweltfreundlich, da sie keine giftigen Bestandteile, wie z. B. Quecksilber und Cadmium zu enthalten brauchen.The volume of an element according to the invention can be very small as a result of the low electrolyte requirement being held. Elements according to the invention can also be and are relatively inexpensive to manufacture In addition, it is environmentally friendly as it does not contain any toxic components, such as B. mercury and cadmium too need to contain.

Das erfindungsgemäße Element zeichnet sich im Falle seiner Ausbildung bzw. seines Einsatzes als Sekundärelement auch dadurch aus, daß es sehr großen Anzahlen von Lade- und Entladenzyklen ausgesetzt werden kann. Und zwar bilden sich im Gegensatz zu den bekannten Metall-Sauerstoff-Sekundärelementen, die meist als Metall-Luft-Sekundärelemente ausgebildet sind, beim Laden keine Dendriten an der erstenThe element according to the invention is distinguished in the case of its formation or its use as Secondary element is also characterized by the fact that it is subjected to very large numbers of charge and discharge cycles can be. In contrast to the known metal-oxygen secondary elements, which are mostly designed as metal-air secondary elements, no dendrites on the first when loading

I S472 = 14 «I S472 = 14 "

I · 1I 1

5 Elektrode. Damit behebt die Erfindung mit einem ; Schlag alle bei den bisher bekannten Metall*5 electrode. The invention thus remedies with one; Beat all of the previously known metal *

; Sauerstoff-Elementen durch die beim Laden an der; Oxygen elements through the when loading at the

ersten Elektrode entstehenden Dendriten auftretenden ] Schwierigkeiten, die den praktischen Einsatz derdendrites arising from the first electrode ] Difficulties affecting the practical use of the

iÖ bekannten Metall-Sauerstoff-Elemente vielfach verhinderten und zumindest die Anzahl der er-iÖ well-known metal-oxygen elements prevented and at least the number of

I reichbaren Lade- und Entladezyklen stark herabsetzten,I greatly reduce the available charge and discharge cycles,

I so daß sich Metall-Sauerstoff-SekundärelementeI so that metal-oxygen secondary elements

;■"■ bisher nicht gegen die an sich wesentlich teureren; ■ "■ not yet against the much more expensive ones

|i 15 und weniger umweltfreundlichen Elemente der Blei-| i 15 and less environmentally friendly elements of lead

und Nickel/Cadmium-Akkumulatoren durchsetzen konnten. Die Erfindung behebt also auch diese bisher bei .'■ Metall-Sauerstoff-Sekundärelementen vorhandenenand nickel / cadmium batteries were able to prevail. Thus, the invention also resolves this far in. '■ metal-oxygen secondary elements existing

grundsätzlichen Schwierigkeiten auf einfache Weise. 20basic difficulties in a simple way. 20th

* Die beim Entladen des erfindungsgemäßen Elementes* The when unloading the element according to the invention

vom zweiten in den ersten Elektrolyten ein-,wandernden OH-Ionen können mit dem Metall derimmigrating from the second to the first electrolyte OH ions can interact with the metal

;i ersten Elektrode bzw. mit. im ersten Elektrolyten ; i first electrode or with. in the first electrolyte

,} ^ enthaltenen Metallionen mindestens eine Verbindung I eingehen, insbesondere Metallhydroxid und/oder ,} ^ contained metal ions enter into at least one compound I, in particular metal hydroxide and / or

A Metalloxid bilden, das gegebenenfalls aus dem ersten A metal oxide form, optionally from the first

Elektrolyten ausgefällt wird, iedoch in dem den Electrolyte is precipitated, but in the

B ersten Elektrolyten enthaltenden Bereich des Elementes B first electrolyte-containing area of the element

3030th

verbleibt. Bei Ausbildung des erfindungsgemäßenremains. When training the invention

Elementes als Sekundärelement wandern beim Laden aus dem zweiten Elektrolyten positive Η-Ionen durch die Trennwand hindurch in den ersten Elektrolyten einAs a secondary element, positive Η ions migrate through the charging from the second electrolyte Partition wall through into the first electrolyte

und reduzieren die in ihm beim Entladen gebildeten 35and reduce the 35 formed in it during unloading

• ac• ac

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Metallverbindung bzw. —verbindungen zu positiv geladenen Metallionen und Wassermolekülen. Die Metallionen wandern dann zur ersten Elektrode und vereinigen sich mit den an ihr bereits befindlichen Metallatomen so fest, daß die erste Elektrode eine massive Elektrode ist, deren Dicke beim Laden durch die sich an ihr fortlaufend anlagernden Metallionen ungefähr gleichmäßig wächst. Insbesondere bilden sich keine Dendriten und auch keine körnigen,leicht abwischbaren Anlagerungen der zu ihr gelangenden Metallionen. Diese Rückbildung der ersten Elektrode während des Ladens zu einer wiederum massiven,in sich festen Elektrode ungefähr gleichmäßiger Dicke erlaubt, sehr hohe Anzahlen von Lader· und Entladezyklen zu erreichen. Die Erfindung schafft damit insbesondere auch die Möglichkeit, Metall-Sauerstoff-Sekundärelemente mit bisher nicht erreichbaren hohen Anzahlen von Lade- und Entladezyklen zu schaffen. Bei den vorerwähnten Dendriten, die bei den bekannten Metall-Sauerstoff-Sekundär— elementen beim Laden entstehen und die bei erfindungsgemäßen Metall-Sauerstoff-Sekundärelementen nicht mehr entstehen, handelt es sich um nadeiförmige Gebilde, die aus der ersten Elektrode beim Laden herauswachsen und die leicht abbrechen können und die auch leicht zu Kurzschlüssen und allgemein recht rasch zum Unbrauchbarwerden des Sekundärelementes führen.Metal compound or compounds too positive charged metal ions and water molecules. The metal ions then migrate to the first electrode and unite with the metal atoms already on it so firmly that the first electrode is a solid electrode, the thickness of which is continuously attached to it when it is charged Metal ions grows roughly evenly. In particular, no dendrites are formed and none either granular, easily wipeable deposits of to it arriving metal ions. This regression of the first electrode during charging to a turn massive, inherently solid electrode of approximately uniform thickness, very high numbers of chargers and discharge cycles. The invention thus in particular also creates the possibility of Metal-oxygen secondary elements with previously unattainable high numbers of charge and discharge cycles to accomplish. In the aforementioned dendrites, which are found in the known metal-oxygen secondary elements arise during charging and not in the case of metal-oxygen secondary elements according to the invention more arise, it is a needle-shaped structure that emerges from the first electrode during charging outgrowth and which can easily break off and which are also easy to short-circuit and generally right quickly lead to the secondary element becoming unusable.

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Unter einem Metall-Sauerstoff-Element'ist auch äer > Fall mit verstanden, daß es sich, um ein sogenanntes Metall-Luft-Element handelt, bei dem also der Sauerstoff durch die atmosphärische Umgebungsluft geliefert wird. Gegebenenfalls ist es auch möglich, den Sauerstoff anderen Quellen zu entnehmen, beispielsweise reinen Sauerstoff vorzusehen oder ihn einem Speicher, z, B, Braunstein, wie es beim Leclanche-Element der Fall ist, zu entnehmen. Letzteres kann insbesondere dann infrage kommen, wenn das erfindungsgeraäße Element als Primärelement vorgesehen ist, also nicht wiederaufladbar ist. Gegenüber dem bekannten Leclanche-Element, das einen einzigen Elektrolyten aufweist, hat ein gemäß einer solchen Weiterbildung der Er— findung ausgebildetes Primärelement mit Braunstein als Sauerstoffträger u. a. den Vorteil, daß anstelle von Zink für die erste Elektrode höhere Spannungen erzeugenues Metc.ll vorgesehen werden kann, Vorzugs·*» weise Aluminium. Der erste Elektrolyt ist dann eine Aluminium-Salzlösung, beispielsweise eine wässrige Aluminium-Sulfatlösung. Ein erfindungsgemäßes Aluminium-Sauerstoff-Element (einschließlich Aluminium-Luft-Element} ermöglicht theoretisch elektrische Spannungen von ca. 2,7 Volt, die alsoUnder a metal-oxygen Element'ist also he ä> case understood that it is, a so-called metal-air element is, in which therefore the oxygen supplied by the ambient atmospheric air. If necessary, it is also possible to take the oxygen from other sources, for example to provide pure oxygen or to take it from a reservoir, for example manganese dioxide, as is the case with the Leclanche element. The latter can in particular come into question if the element according to the invention is provided as a primary element, that is to say is not rechargeable. Compared to the known Leclanche element, which has a single electrolyte, a primary element with manganese dioxide as the oxygen carrier designed according to such a development of the invention has the advantage, among other things, that higher voltages can be provided instead of zinc for the first electrode , Preferably · * »aluminum. The first electrolyte is then an aluminum salt solution, for example an aqueous aluminum sulfate solution. An aluminum-oxygen element according to the invention (including an aluminum-air element) theoretically enables electrical voltages of approx. 2.7 volts, that is to say

sehr hoch sind, unabhängig davon, ob es als Primärelement oder Sekundärelement dient. Man kann mit einem solchen Aluminium-Sauerstoff-Element also Akkus vorbestimmter Gleichspannung mit einer geringeren Anzahl von in Reihe hintereinander ge* schalteten Elementen als bei den heute meist üblichen ^ ® are very high, regardless of whether it is used as a primary element or a secondary element. With such an aluminum-oxygen element, you can use batteries of a predetermined DC voltage with a smaller number of elements connected in series than with the most common today

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Blei-.'Akkumulatoren oder. Nickel/Cadmium-Akkumulatoren erzielen.Lead -. 'Accumulators or. Nickel / cadmium batteries achieve.

Bei Ausbildung des erfindungsgemäßen Elementes als Metall-Sauerstoff-Element bildet die Sauerstoff -Katode aie zweite Elektrode, die den positiven Pol des Elementes beim Entladen bildet. Wie er— wähnt, kann der Sauerstoff vorzugsweise durch atmosphärische Luft geliefert werden. Die Sauer·^ stoff-Katcde kann vorzugsweise als Katalysator Aktivkohlepulver enthalten. In dem AktiykohlepulverWhen the element according to the invention is designed as a metal-oxygen element, the oxygen cathode ai e forms the second electrode, which forms the positive pole of the element during discharge. As mentioned, the oxygen can preferably be supplied by atmospheric air. The oxygen catalyst can preferably contain activated carbon powder as a catalyst. In the active carbon powder

oder unmittelbar an ihm anliegend kann ein metallisches Lochblech oder Gitter in Kontakt mit dem Aktivkohle«- pulver sein, an das der positive Pol des Elementes galvanisch angeschlossen ist. Dieser positive Pol kann sowohl den positiven Pol beim Entladen als im Falle eines Sekundärelementes auch den positiven Pol beim Laden bilden. Es ist jedoch auch möglich und kann bevorzugt vorgesehen sein, daß das Element bei Ausbildung als Metall-Sauerstoff-Sekundärelement eine dritte Elektrode aufweist, an die zum Laden der positive Pol der Ladestromquelle angeschlossen wird, wobei die dritte Elektrode sich außerhalb des Aktiv*=- kohlepulver jedoch noch innerhalb des zweiten Elektrolyten befindet., Dias hat den Vorteil, daß der sich beim Laden an der dritten Elektrode bildendeor directly adjacent to it, a metal perforated plate or grid in contact with the activated carbon «- be powder to which the positive pole of the element is galvanically connected. This positive pole can both the positive pole when discharging and the positive in the case of a secondary element Form a pole when charging. However, it is also possible and can preferably be provided that the element in the case of training as a metal-oxygen secondary element has a third electrode to which the positive pole of the charging current source is connected for charging, The third electrode is outside the active carbon powder but still inside the second Electrolyte is located., Dias has the advantage that it forms on the third electrode during charging

\ atomare Sauerstoff von der Aktivkohle weggehalten \ atomic oxygen is kept away from the activated carbon

jf werden kann, also nicht zu ihr zu gelangen braucht,jf can be, so does not need to get to her,

Und zwar kann atomarer Sauerstoff die AktivkohleAtomic oxygen can do activated carbon

oxidieren und so das Altern deö Elementes be« -1 35
ä schleunigen. Da das erfindüngsgemäße Element sehr
oxidize and thus prevent the aging of the element
to accelerate. Since the element according to the invention is very

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,1.,1.

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viele Lade- und Entladezyklen aushalten kann, altert es also an sich nur sehr langsam und es ist deshalb besonders zweckmäßig, auch die eine Alterungsquelle darstellende Oxidation der Aktivkohle auszuschalten, was durch die beschriebene Maßnahme der dritten Elektrode erfolgen kann, die beim Laden nicht verändert wird. Die den ersten and den zweiten Elektrolyten trennende Trennwand kann irgendeine geeignete Ausbildung haben, die die in Anspruch 1 beschriebenen Eigenschaften ergibt. Im einfachsten Fall kann sie ein einziges Molekularsieb sein, dessen Trenngrenze größer als 17 ist, damit OH-Ionen durch sie hindurchgehen können. Unter Trenngrenze eines Molekularsiebes ist verstanden, daß es Moleküle mit einem Molekulargewicht kleiner als die Trenngrenze durchläßt und Moleküle mit einem Molekulargewicht größer als die Trenngrenze nicht durchläßt. Bei der Erfindung muß die Trenngrenze des Molekularsiebes also größer als 3 7 sein, Sie darf jedoch auch nicht zu groß sein, sondern muß so getroffen sein, daß sie die an den beim Ent— laden stattfindenden elektrochemischen Reaktionen teilnehmenden Metallionen des ersten Elektrolyten und gegebenenfalls auch des zweiten Elektrolyten u nicht durchläßt,desgleichen nicht Säurereste des ersten..Elektrolyten und im zweiten Elektrolyten vorhandene nicht dissoziierte Hydroxidverbindungen, wie z. B* Kaliumhydroxid, falls d^r zweite Elektrolyt Kalilauge ist.
S
Can withstand many charging and discharging cycles, it ages very slowly and it is therefore particularly useful to also switch off the oxidation of the activated carbon, which is a source of aging, which can be done by the described measure of the third electrode, which is not changed during charging . The dividing wall separating the first and second electrolytes can be of any suitable configuration which gives the properties described in claim 1. In the simplest case, they may be a single molecular sieve, the separation limit is greater than 17, so that OH ions can pass through them. The separation limit of a molecular sieve is understood to mean that it lets through molecules with a molecular weight less than the separation limit and does not let through molecules with a molecular weight greater than the separation limit. In the invention, the separation limit of the molecular sieve must therefore be greater than 37, but it must not be too large, but must be such that the metal ions of the first electrolyte participating in the electrochemical reactions taking place during discharge and, if necessary, also of the second electrolyte u does not let through, likewise not acid residues of the first electrolyte and undissociated hydroxide compounds present in the second electrolyte, such as. B * Potassium hydroxide if the second electrolyte is potassium hydroxide.
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Der erste Elektrolyt ist vorzugsweise ein saurer Elektrolyt, dessen pH-Wert dann also kleiner als ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß sein pH-Wert in vielen Fällen zweckmäßig a-uch gleich 7 oder et·^ was größer 7 sein kann. Ein pH-Wert von 7 oder etwas größer als 7 setzt dabei voraus, daß der erste Elektrolyt nicht nur Metallsalz in Lösung enthält, sondern noch mindestens einen basischen Zusatz, der seinen pH-Wert auf 7 oder etwas darüber anhebt. Dies führt dazu, daß beim Entladen sich Metalloxid in erhöhtem Maße b-.ldet und, wenn das Lösungsmittel des ersten Elektrolyten Wasser ist, beim Entladen weniger Wasser im Metallhydroxid 'gebunden wird. Der Wasserverbrauch beim Entladen ist also geringer und der Wasservorrat im Element kann entsprechend geringer und damit das Element noch etwas geringeres Volumen erhalten.The first electrolyte is preferably an acidic electrolyte, the pH of which is then less than is. However, it is also conceivable that in many cases its pH is expediently a-uch equal to 7 or et · ^ which can be greater than 7. A pH of 7 or something greater than 7 assumes that the first electrolyte does not only contain metal salt in solution, but at least one basic additive that brings its pH to 7 or a little above raises. This leads to the fact that the metal oxide detaches itself to an increased extent when discharging and, if that The solvent of the first electrolyte is water, less water in the metal hydroxide when discharging 'is bound. The water consumption during unloading is therefore lower and the water supply in the element can be given a correspondingly smaller volume and thus the element can have a somewhat smaller volume.

Der zweite Elektrolyt kann zweckmäßig einen pH-Wert größer als 7 haben, da hierdurch relativ große Entladeströme des Elementes erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, in Sonderfällen den pH-Wert des zweiten Elektrolyten ungefähr auf 7 einzustellen, wenn relativ geringe Entladeströme ausreichen. Es sei hier noch erwähnt, daß man die Entladeströme auch dadurch vergrößern kann, indem man die zweite Elektrode aus Edelmetall ausbildet, doch ist dies teuer und unwirtschaftlich. Bevorzugt kann die zweite Elektrode eine billige Sauerstoff-Elektrode sein oder, falls sie aus Metall besteht, kann sieThe second electrolyte can expediently have a pH value greater than 7, since this makes it relatively high Discharge currents of the element can be achieved. However, it is also possible in special cases to adjust the pH of the second electrolyte should be set to approximately 7 if relatively low discharge currents are sufficient. It it should also be mentioned here that the discharge currents can also be increased by using the second Forms electrode made of noble metal, but this is expensive and uneconomical. Preferably the The second electrode can be a cheap oxygen electrode or, if it is made of metal, it can

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zweckmäßig aus einem billigen Metall bestehen, das beim Entladen gegen die erste Elektrode positiv ist.expediently consist of a cheap metal that is positive towards the first electrode when discharging is.

Es sei an einem Beispiel dargelegt, in welchem Bereich die Trenngrenze eines Molekularsiebes, wenn es allein die Trennwand bildet, liegen muß: Es sei angenommen, daß die erste Elektrode aus Zink besteht und die zweite Elektrode eine Luft» Elektrode ist. Der erste Elektrolyt sei eine wässrige Zinksulfatlösung und der zweite Elektrolyt sei Kalilauge,d. h eine wässrige KOH-Lösung, Die Trennwand soll dann durchlässig' für Wasser, H- und OH-Ionen sein. Sie soll dagegen nicht durchlässig sein für die Metallionen, KOH vind SO^. Die Metallionen haben Atomgewichte von 65,4 (Zinkl bzw. 39,3 (Kalium!* Der Säurerest SO4 hat ein Molekulargewicht 96, KOH von 56,1, Demzufolge muß die Trenngrenze des Molekularsiebes größer als von Wasser und kleiner als von Kalium sein, also zwischen 18 und 39,1 liegen. Es dürfen also bei Ausbildung der Trennwand als ein einziges Mole~ kularsieb auch nicht die Kalium-Ionen des zweiten Elektrolyten von dem Molekularsieb hindurch gelassen werden können, da sie eine starke Affinität zu dem Säurerest SO4 des Zinksulfates aufweisen und deshalb in den ersten Elektrolyten abwandern und dort beim Laden Dendriten erzeugen würden.Let us give an example of the range in which the separation limit of a molecular sieve must be if it alone forms the dividing wall: It is assumed that the first electrode is made of zinc and the second electrode is an air electrode. The first electrolyte is an aqueous zinc sulfate solution and the second electrolyte is potassium hydroxide solution, i. h an aqueous KOH solution, the partition should then be permeable to water, H and OH ions. On the other hand, it should not be permeable to the metal ions, KOH vind SO ^. The metal ions have atomic weights of 65.4 (zinc or 39.3 (potassium! * The acid residue SO 4 has a molecular weight of 96, KOH of 56.1), so the separation limit of the molecular sieve must be greater than that of water and smaller than that of potassium , between 18 and 39.1. If the partition is designed as a single molecular sieve, the potassium ions of the second electrolyte must not be able to pass through the molecular sieve, since they have a strong affinity for the acid residue SO 4 of the zinc sulfate and would therefore migrate into the first electrolyte and generate dendrites there during charging.

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Molekularsiebe sind umso teurer, je kleiner ihre Trenngrenze ist und umso größer ist auch ihr Widerstand, den sie der Ionenwanderung beim Ent— laden bzw. Laden entgegensetzt. Es ist deshalh anMolecular sieves are more expensive, the smaller their separation limit is and the larger it is Resistance that they have to the ion migration when load or load opposite. It is therefore on

sich erwünscht, Molekularsiebe relativ großer Trenngrenze einsetzen zu können. Dies gelingt gemäß einer Weiterbildung ··. dadurch, daß die Trennwand nicht aus einem einzigen Molekularsieb gebildet ist, sondern aus zwei Molekularsieben und einem zwischen ihnen befindlichen dritten Elektrolyten besteht. Es gelingt dann bei Einsatz eines geeigneten dritten Elektrolyten zu erreichen, daß die Trenngrenze der beiden Molekularsiebe größer als das Atomgewicht der im zweiten Elektrolyten befindlichen Metallionen sein kann, bei denen es sich vorzugsweise um Alkalimetallionen handeln kann, insbesondere um Kalium, Natrium- oder Lithium^Ionen, und zwar haben an sich solche Alkalimetali-Ionen starke Affinität zu den in erster Linie infrage kommenden Säureresten des ersten Elektrolyten, beispielsweise zu SO.. Diese Affinität kann jedoch nicht zum Ausbruch · kommen , wenn der dritte Elektrolyt so ausgewählt wird, daß in ihm die Metallionen des zweiten Elektrcblytan ihre Fähigkeit verlieren, das zwischen dem dritten und dem ersten Elektrolyten befindliche Molekularsieb zu passieren.zu diesem Zweck kann der dritte Elektrolyt vorzugsweise so ausgewählt sein, daß er in einem Lösungsmittel gelöstes Metall-•salz enthält, wobei das Lösungsmittel zweckmäßig dem Lösungsmittel des ersten und des zweiten Elektrolyten entsprechen kann. Das Metall des im dritten it is desirable to be able to use molecular sieves with a relatively large separation limit. This succeeds according to a Further education ··. in that the dividing wall is not formed from a single molecular sieve, but from two molecular sieves and a third electrolyte located between them consists. It is then possible, with the use of a suitable third electrolyte, to achieve that the separation limit of the two molecular sieves is greater than the atomic weight of those in the second electrolyte Can be metal ions, which can preferably be alkali metal ions, especially about potassium, sodium or lithium ions, and indeed such alkali metal ions have strong ones Affinity for the primarily possible acid residues of the first electrolyte, for example to SO .. However, this affinity cannot break out if the third electrolyte is selected in such a way that it contains the metal ions of the second Elektrcblytan lose their ability to do that between the third and the first electrolyte located molecular sieve to pass.for this purpose the third electrolyte should preferably be selected so that it has dissolved metal • salt contains, wherein the solvent can expediently correspond to the solvent of the first and the second electrolyte. The metal of the third

ι, · · I I ι, · · II

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Elektrolyten gelÖstenMetallsalzes kann vorzugsweise dem Metall des zweiten Elektrolyten und der Säurerest dem Säurerest des ersten Elektrolyten entsprechen. Electrolyte dissolved metal salt can preferably corresponds to the metal of the second electrolyte and the acid residue corresponds to the acid residue of the first electrolyte.

Wenn beispielsweise der erste Elektrolyt aus wässriger Zinksulfatlösung und der zweite Elektrolyt aus Kalilauge besteht, kann der dritte Elektrolyt zweckmäßig aus Kaliumsulfat (K^SO.) bestehen. Es genügt dann, wenn in diesem Beispiel die Trenn— grenze der Molekularsiebe kleiner als das Molekular-=· gewicht von KOH (Kaliumhydroxid) ist, wobei sie jedoch größer als das Atomgewicht von Kalium sein darf, also größer als 39,1 und kleiner als 56,1 sein kann, beispielsweise kann die Trenngrenze 50 betragen. Jedes Molekularsieb ist dann zwar für die Kalium-Ionen an sich durchlässig, desgleichen selbstverständlich für H, OH und H3O, jedoch nicht für KOH, Zn und SO.. Obwohl die Kalium-Ionen an sich die Molekularsiebe passieren Jcönn-'ten, gehen sie jedoch zumindest nicht durch das den dritten Elektrolyten vom ersten Elektrolyten trennende Molekularsieb einer Trenngrenze größerIf, for example, the first electrolyte consists of aqueous zinc sulfate solution and the second electrolyte consists of potassium hydroxide solution, the third electrolyte can expediently consist of potassium sulfate (K ^ SO.). It is sufficient if, in this example, the separation limit of the molecular sieves is less than the molecular weight of KOH (potassium hydroxide), although it may be greater than the atomic weight of potassium, ie greater than 39.1 and less than May be 56.1, for example the separation limit may be 50. Every molecular sieve is then permeable to the potassium ions per se, and of course to H, OH and H 3 O, but not to KOH, Zn and SO .. Although the potassium ions themselves pass through the molecular sieves. however, at least they do not pass through the molecular sieve of a separation limit which separates the third electrolyte from the first electrolyte

39,1 und kleiner 56,1 hindurch, weil die im cTritten Elektrolyten befindlichen Kalium-Atome überhaupt °0 nicht die Tendenz haben, durch das den dritten Elektrolyten vom ersten Elektrolyten trennende . Molekularsieb zu wandern, was auf ihre Bindung an die im dritten Elektrolyten befindlichen39.1 and less than 56.1 through, because the in cTreit Potassium atoms in electrolytes at all ° 0 do not have the tendency through the third Separating electrolyte from the first electrolyte. Molecular sieve to migrate whatever to their bond to those in the third electrolyte

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SO.-Ionen zurückzuführen sein dürfte. An sich haben *SO.-ions should be attributed. To have *

die im zweiten Elektrolyt befindlichen Metallionen, z. B. Kalium-Ionen, normalerweise große Affinität zn den im ersten Elektrolyt befindlichen Säureresten, z.B. zu SO4. Durch die beschriebene Ausbildung der Trennwand, gemäß der sie aus zwei Molekularsieben und dem dritter. Elektrolyten besteht, kommt diese Affinität nicht zur Entfaltung, da im dritten Elektrolyten bereits gleiche Säurereste vorhanden sind und die an diese Säurereste gebundenenthe metal ions in the second electrolyte, e.g. B. potassium ions, normally high affinity for the acid residues in the first electrolyte, for example SO 4 . By the described design of the partition, according to which it consists of two molecular sieves and the third. If there is an electrolyte, this affinity does not develop because the same acid residues are already present in the third electrolyte and the acid residues bound to these acid residues are already present

^g Metallionen haben dann keine Affinität mehr zu dei im ersten Elektrolyt befindlichen gleichen Säureresten. Auf diese Weise wirkt eine derart ausgebildete Trennwand für Metallionen des zweiten Elektrolyten, selbst wenn diese beiden Molekularsiebe für diese Metallionen an sich durchlässig sind, wie eine Sperre, die ihren übergang in den ersten Elektrolyten verhindert. Es ist auch denkbar, daß die Säurereste im ersten und im dritten Elektrolyten chemisch unterschiedlich sein können.^ g metal ions then no longer have an affinity to the dei the same acid residues in the first electrolyte. In this way, one designed in this way acts Partition for metal ions of the second electrolyte, even if these two molecular sieves for these metal ions are per se permeable, like a barrier that their transition into the first electrolyte prevented. It is also conceivable that the acid residues in the first and third Electrolytes can be chemically different.

Es kommt darauf an, daß die Trennwand, wenn ihre Molekularsiebe für Metallionen oder dergl. des zweiten Elektrolyten durchlässig sind, die nicht in den ersten Elektrolyten gelangen sollen, der dritte Elektrolyt die Affinität dieser Metallionen oder dergl. zu dem Säurerest im ersten Elektrolyten so herabsetzt öder ganz aufhebt, daß diese Metallionen oder dergl. aus dem dritten Elektrolyten nicht in den ersten Elektrolyten einwandern.It is important that the partition, if its molecular sieves for metal ions or the like second electrolytes are permeable, which should not get into the first electrolyte, the third electrolyte, the affinity of these metal ions or the like for the acid residue in the first electrolyte so lowers or completely eliminates that these metal ions or the like from the third electrolyte do not migrate into the first electrolyte.

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Nach der Erfindung ausgebildete Metall-Sauerstoff-Elemente zeichnen sich durch sehr hohe Energiedichten, geringes Gewicht und lange Lebensdauer sowie im Falle der Ausbildung als Sekundärelement auch durch große Anzahl erreichbarer Lade- und Entladezyklen aus.Draw metal-oxygen elements formed according to the invention through very high energy densities, low weight and long service life, as well as in the case of training as a secondary element due to the large number of charging and discharging cycles that can be achieved.

Obwohl bevorzugt vorgesehen ist, daß das |Although it is preferred that the |

elektrochemische Element ein Metall-Sauerstoff -Element ist, ist es jedoch auch möglich, es so auszubilden, daß auch seine zweite Elektrode eine Metallelektrode ist. Diese zweite Metallelektrode ist dabei so auszubilden, daß sie beim Entladen die positive Katode bildet. Beispielsweise könnte diese zweite Elektrode aus Nickel und die erste Elektrode aus Zink oder Aluminium bestehen. Auch andere Metalle kommen für die beiden Metallelektroden infrage. Wichtig ist, daß auch bei einem solchen zwei Metallelektroden aufweisenden Element beim zweiten Elektrolyten während des Entladens fortlaufend OH-Ionen entstehen, die zur ersten Elektrode als Ladungstransportträger wandern können.The electrochemical element is a metal-oxygen element, but it is also possible to train it so that its second electrode is also a metal electrode. This second The metal electrode must be designed in such a way that it forms the positive cathode when it is discharged. For example this second electrode could consist of nickel and the first electrode of zinc or aluminum. Other metals are also coming for the two metal electrodes. Important is that even with such an element having two metal electrodes, the second electrolyte is during the discharge OH ions continuously develop, which can migrate to the first electrode as charge transport carriers.

Die erste Elektrode des Elementes kann in vielen Fällen mit be- | sonderem Vorteil eine Aluminium-Elektrode sein, da diese besonders hohe elektrische Spannung des neuartigen Elementes ermöglicht. Auch ist Aluminium kostengünstig und hat nur geringes Gewicht und ist ferner dreiwertig. Aluminium ermöglicht also die Schaffung von Elementen besonders hoher Energiedichte, ge-The first electrode of the element can in many cases be loaded with | An aluminum electrode is a particular advantage, as it has a particularly high electrical voltage of the new type Element allows. Aluminum is also inexpensive and lightweight, and is also trivalent. Aluminum thus enables the creation of elements with a particularly high energy density,

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ringen Gewichtes und Volumens. Es können jedoch auch andere Metalle für die erste Elektrode eingesetzt werden, vorzugsweise Zink oder Magnesium> oder auch beispielsweise Eisen, Lithium oder dergl.struggle with weight and volume. However, other metals can also be used for the first electrode are, preferably zinc or magnesium> or, for example, iron, lithium or the like.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der ersten Elektrode geringe Mengen Erdalkalimetall zulegiert sind und/oder im ersten Elektrolyten vor dem ersten Laden des Elementes noch ungelöstes Erdalkalihydroxid, vorzugsweise Kalziumhydroxid enthalten ist, das beim erstmaligen Laden des Elementes sich im ersten Elektrolyten löst, so daß sich dann das Erdalkalimetall beim ersten Laden an der ersten Elektrode zusammen mit dem Hauptmetdll der Elektrode niederschlägt. Und zwar kann in letzterem Fall so vorgegangen v/erden, daß die massive erste Elektrode erst durch das erste Laden gebildet wird, indem man einen metallischen Träger, z. B. einen Metalldeckel des Behälters ·, des Elementes vorsieht und in die den ersten ElektroAccording to a further development of the invention it can be provided that the first electrode is alloyed with small amounts of alkaline earth metal and / or that the first electrolyte contains undissolved alkaline earth hydroxide, preferably calcium hydroxide, which is dissolved in the first electrolyte when the element is charged for the first time , so that the alkaline earth metal is then deposited on the first electrode together with the main metal of the electrode when it is charged for the first time. In the latter case, the procedure can be so that the massive first electrode is only formed by the first charge by placing a metallic carrier, e.g. B. a metal lid of the container ·, the element provides and in which the first electric

lyten enthaltende Kammer Metallhydroxid, z. B.lyte containing chamber metal hydroxide, e.g. B.

in pastöser Form einbringt, aus dem sich dann beim Laden das Hauptmetall für die erste Elektrode abspaltet, welches Metall dann -zu dem genannten metallischen Träger wandert und sich hier in massiver, mit dem Laden dicker werdender Schicht als erste Elektrode niederschlägt. Durch den Zusatz geringer Mengen Erdalkalimetall zu dem Hauptmetall der ersten Elektrode kann die Abscheidung der Metallionen des Hauptmetalles an der ersten Elektrodein pasty form, from which the main metal for the first electrode is then split off during charging, which metal then migrates to the said metallic carrier and is here in massive, with the charging of the thicker layer precipitates as the first electrode. Less due to the addition Amounts of alkaline earth metal to the main metal of the first electrode can cause the deposition of the metal ions of the main metal on the first electrode

beim Laden noch weiter verbessert werden im Sinne 36can be further improved when loading in accordance with 36

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noch besserer Gleichmäßigkeit der Anlagerung der _ Metallionen des im ersten Elektrolyten disoziierten Metallsalzes an die erste Elektrode beim Laden. Der Zusatz an Erdalkalimetall kann gering sein, beispielsweise fünf Volumenprozent des Hauptmetalles der ersten Elektrode betragen. Der erste Elektrolyt kann ausschließlich oder im wesentlichen nur Metallionen enthalten,die dem in ihm gelösten Metallsalz entsprechen. Wenn in ihm noch mindestens ein anderes Metall gelöst enthalten ist, kann dies zwecks Erzielung von Sonderwirkungeneven better uniformity of the deposition of the metal ions of the disassociated in the first electrolyte Metal salt to the first electrode when charging. The addition of alkaline earth metal can be small, be for example five percent by volume of the main metal of the first electrode. Of the The first electrolyte can contain exclusively or essentially only metal ions that correspond to the correspond to the metal salt dissolved in it. If it still contains at least one other metal dissolved in it, can do this in order to achieve special effects

,j- vorgesehen sein, wie vorzugsweise die oben beschriebene Hinzufügung geringer Mengen Erdalkalimetall. Der erste Elektrolyt kann als Metallsalz zweckmäßig Metallsulfat und/oder Metallnitrat und/oder Metallchlorid gelöst enthalten., j- be provided, such as preferably the one described above Addition of small amounts of alkaline earth metal. The first electrolyte can be used as a metal salt suitably contain metal sulfate and / or metal nitrate and / or metal chloride in solution.

Falls mehrere unterschiedliche Metallsalze in dem ersten Elektrolyten gelöst sind, ist ihr Metall 'zweckmäßig dasselbe Metall, also beispielsweise Aluminium. Gegebenenfalls kommen a,uch andere Metallsalze infrage, beispielsweise Meta.l!bromide, Metalljodide oder dergl. Bevorzugt kann der erste Elektrolyt ein einziges Metallsalz enthalten.If several different metal salts are dissolved in the first electrolyte, their metal is 'Expediently the same metal, for example aluminum. If necessary, there are also other metal salts in question, for example Meta.l! bromide, metal iodide or the like. Preferably, the first electrolyte may contain a single metal salt.

Mindestens ein Elektrolyt kann eine wässrige Lösung sein, d. h. als Lösungsmittel Wasser enthalten. Jedoch sind in manchen Fällen auch, andere Lösungsmittel denkbar, vorzugsweise Alkohole und ihre D&rivate.At least one electrolyte can be an aqueous solution, i. H. contain water as a solvent. However, in some cases, other solvents are also used conceivable, preferably alcohols and their derivatives.

Der zweite Elektrolyt kann vorzugsweise eine wässrige Alkalilauge sein. Beispielsweise Kann der zweite 35The second electrolyte can preferably be an aqueous one Be alkali. For example, the second 35

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Elektrolyt eine Kalilauge Sein/ welche 20-45 Gewichtsprozent Kaliuiuhydroxid enthält. Erfindungägemäße elektrochemische Elemente lassen sich lageunabhängig1 oder lageabhängig ausbilden bzw. einsetzen. Wenn das Element nach außen vollkommen geschlossen wird, kann es ohne weiteres als lageunabhängiges Element ausgebildet sein, sei es als Primärelement oder als Sekündärelement.The electrolyte is a potassium hydroxide solution which contains 20-45 percent by weight of potassium hydroxide. Electrochemical elements according to the invention can be designed or used in a position- independent 1 or position-dependent manner. If the element is completely closed to the outside, it can easily be designed as a position-independent element, be it as a primary element or as a secondary element.

Wenn erfindungsgemäße Elemente als Sekundärelemente wiederaufladbar sind t kann in vielen Fällen eine ge-If elements of the invention as secondary elements are rechargeable t are such that no, in many cases

-r wisse Lageabhängigkext der Rückbildung seiner Metallelektrode oder Metallelektroden beim Wiederauf.laden bestehen. Dies sei an einem Beispiel erläutert. Wenn der erste Elektrolyt so getroffen ist, daß in ihm während des Entladens Metallhydroxid aus-- r know position-dependent text of the regression of its metal electrode or metal electrodes during recharging. This is explained using an example. If the first electrolyte is so affected that metal hydroxide is formed in it during discharge

2Q gefällt wird, dann lagert sich dies bei ruhendem Element entsprechend der Schwerkraft ab* Steht dabei das Element so, daß sich dieses Metallhydroxid an einer Stelle ansammelt, von wo beim Laden die aus ihm dabei wieder abgespaltenen Metallionen nicht gleichmäßig zur1 ersten Elektrode wandern würden, kann es dann zu Verdickungen der ersten Elektrode in der Nähe des angesammelten Metal1-hydxoxids kommen, die im Laufe mehrerer bzw. vieler Ladezyklen dick und dicker werden können. Es handelt sich hier jedoch nicht um Dendriten, so daß solche Verdickungen normalerweise nicht stören und erst nach großen Anzahlen von Ladezyklen evtl.2Q is made, then this superimposed at rest element according to gravity from * stands the element so that this metal accumulates at a position where the back split off from it be metal ions would not migrate evenly to 1 the first electrode during charging , the first electrode can then be thickened in the vicinity of the accumulated metal hydroxide, which can become thick and thick in the course of several or many charging cycles. However, this is not a question of dendrites, so that such thickenings do not normally interfere and only after a large number of charging cycles, possibly.

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stören können. Wenn die Gefahr solcher Verdickungen »jedoch stört, kann man ohne weiteres die Betriebsstellung des Elementes so vorsehen, daß sich das Metallhydroxid gegenüber der ersten Elektrode gleichmäßig auf der Trennwand ablagert, indem die Trennwand ungefähr eben'ist Unä. sich ungefähr horizontal erstreckt und vertikal unterhalt? der zu ihr vorzugsweise ungefähr parallelen ersten Elektrode angeordnet ist. Bei im Betrieb stationär angeordneten Elementen, beispielsweise bei Elementen, die dem Speichern von Solarenergie dienen, kann man problemlos . diese ungefähr horizontale Erstreckung der Trennwand vorsehen. Wenn das Element dagegen in ein beim Fahren Schwankungen ausgesetztem Fahrzeug im Rahmen eines Akkus angeordnet ist, dann wird das pulverförmig abgeschiedene Metal 1 hydroxid im Betrieb des Fahrzeuges ständig durch das Rütteln undcan disturb. However, if the risk of such thickening interferes, one can easily switch to the operating position of the element so that the metal hydroxide is uniform with respect to the first electrode deposited on the partition wall, in that the partition wall is approximately flat. extends approximately horizontally and vertical maintenance? which is arranged to it preferably approximately parallel to the first electrode. At im Operation of stationary elements, for example for elements that save Serving solar energy can be done without any problems. this approximately horizontal extension of the Provide a partition. Conversely, when the element is in a vehicle that is subject to fluctuations while driving is arranged in the frame of a battery, then the powdered deposited metal 1 is hydroxide during operation of the vehicle constantly by shaking and

Schütteln in im wesentlichen gleichmäßiger Verteilung gehalten und bein Laden bildet sich so die erste Elektrode mit ungefähr gleichmäßig anwachsender Dicke zurück. Das Element ist dann in diesem Fall trotz des Ausfällens von Metal!hydroxid während ° des Entladens praktisch lageunabhängig einsetzbar, vorausgesetzt, daß das Metallhydroxid durch das Rütteln und Schütteln beim fahrenden Fahrzeug weitgehend in Schwebe gehalten wird. Wenn dagegen auch. ^ ® shaking i n kept substantially uniform distribution and including loading is thus formed, the first electrode with approximately uniform thickness anwachsender back. The element can then be used in this case, despite the precipitation of metal hydroxide during unloading, practically independent of its position, provided that the metal hydroxide is largely kept in suspension by the shaking and shaking of the moving vehicle. If on the other hand, too.

bei fahrendem Fahrzeug sich das Metallhydroxid weit-when the vehicle is moving, the metal hydroxide

gehend oder vollständig der Schwerkraft folgend an einer bestimmten Stelle des Elementes ansammelt,accumulates at a certain point on the element while walking or following the force of gravity,

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dann ist es ebenfalls zweckmäßig t es soit is also appropriate t it so

_ anzuordnen/ daß seine Trennwand im Ruheo _ to arrange / that its partition wall in the rest area

zustand des Fahrzeuges ungefähr horizontal gerichtet ist.condition of the vehicle is directed approximately horizontally.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf ungefähr ebene Ausbildung der ersten Elektrode und der Trennwand und gegebenenfalls der zweiten und/oder ^l*"»t+ör\ Elektrode beschränkt ist. Es sind auch andere Ausbildungen möglich,bspw. konzentrische Anordnung der Elektroden und der Trennwand.It goes without saying that the invention is not based on an approximately planar design of the first electrode and the partition wall and possibly the second and / or ^ l * "» t + ör \ electrode is limited. Other trainings are also possible, e.g. concentric arrangement of electrodes and the partition.

Erfindungsgemäße Elemente können vorzugsweise zu Batterien oder Akkumulatoren zusammengesetzt sein, die wegen ihrer hohen Energiedichte, ihres geringen Volumens und ihres geringen Gewichtes sich u. a. auch hervorragend als Akkumulatoren zum SpeichernElements according to the invention can preferably be assembled to form batteries or accumulators, which because of their high energy density, their small volume and their low weight, inter alia. also excellent as accumulators for storage

von Solarenergie und auch für den Einsatz in Kraft-• fahrzeugen eignen.solar energy and also suitable for use in motor vehicles.

Wie oben erwähnt, eignet sich für den zweiten Elektrolyten bevorzugt Alkalilauge. In manchen Fällen können jedoch auch andere Lösungen für den zweiten Elektrolyten infrage kommen,insbesondere basisch reagierende Lösungen, beispielsweise wässrige Salmiaklösung.As mentioned above, electrolyte is suitable for the second preferably alkali. In some cases, however, other solutions for the second electrolyte can also be used come into question, in particular solutions with a basic reaction, for example aqueous ammonia solution.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

Oie einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein elektrochemisches
Metall-Luft-Sekundärelement 10, das einen zwecks
The single figure shows a schematic representation of a longitudinal section through an electrochemical
Metal-air secondary element 10, which is a purpose

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Zutritt von Luft zu seinem Löchbod.en 18 auf Füßen 18' ste1-ff
I 5 henden, topfformigen Behälter 16 aus Kunststoff aufweist;
Access of air to his hole bottom 18 on feet 18 'ste 1 - ff
I has 5 existing, pot-shaped container 16 made of plastic;

I in dessen Decke 44 ein Entlüftungsloch 4 5 und auf dessenI in the ceiling 44 a vent hole 4 5 and on its

( eine ebene Lochplatte bildenden starren, horizontal gerich- ( rigid, horizontally straightened, flat perforated plate

t> teten ebenen Lochboden 18 die Luftelektrode 11 t> ended flat bottom hole 18, the air electrode 11

I angeordnet ist» Diese Luftelektrode 11 weist eine I is arranged »This air electrode 11 has a

> .Q horizontale, ebene Schicht Aktivkohlepulver 12> .Q horizontal, even layer of activated carbon powder 12

,; als Katalysator auf, die zusamm&n mit einem,; as a catalyst that works together with a

i · zweiten flüssigen Elektrolyten 25 und einemi · second liquid electrolyte 25 and one

ebenen, horizontal gerichteten Metallochblech 13flat, horizontally aligned perforated metal sheet 13

den Zwischenraum zwischen einem auf dem Loch-15 boden 18 aufliegenden, gasdurchlässigen, je-'' doch flüssigkeitsundurchlässigen Diaphragma 14the space between one on the hole 15 Gas-permeable, but liquid-impermeable diaphragm 14 resting on the floor 18

und einem gas- und flüssigkeitsdurchlässigen ebenen Filter 15, das beispielsweise ein laugen- ;· beständiges Faservlies aus Kunststoffasern seinand a gas- and liquid-permeable flat filter 15, for example a caustic ; · Be a durable non-woven fabric made of synthetic fibers

Ί 20 kann und dessen Porengröße kleiner als die Körn- ;, größe des Aktivkohlepulvers 12 ist, ausfüllt. Ί 20 can and whose pore size is smaller than the grain size of the activated carbon powder 12 is filled.

Das Metallochblech 13, dessen Löcher mit dem Aktivkohlepulver 12 gefüllt sind, liegt auf dem 25 Diaphragma 14 auf. Das Aktivkohlepulver 12 reichtThe perforated metal plate 13, the holes of which are filled with the activated carbon powder 12, lies on the 25 diaphragm 14 open. The activated carbon powder 12 is sufficient

■ jedoch über das Lochblech 13 hinaus nach oben bis■ but over the perforated plate 13 also up to

fi zum Filter 15.fi to filter 15.

Das Metallochblech 13 besteht aus einem Metall, 30 das weder beim Laden, noch beim Entladen des Elementes 10 reagiert, beispielsweise aus Nickel. Dieses Lochblech 13 ist galvanisch an den Entlade-Pluspol 19 angeschlossen, der also beim Entladen des Elementes 1O dessen Pluspol 19 bildet. 35The perforated metal sheet 13 consists of a metal, 30 which reacts neither when charging nor when discharging the element 10, for example made of nickel. This perforated plate 13 is galvanically connected to the positive discharge terminal 19, that is, during discharging of the element 1O whose positive pole 19 forms. 35

■ ι · t · ·■ ι · t · ·

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Im Abstand oberhalb des Filters 15 erstreckt sich eine zweite, gas- und flüssigkeitsdurchlässige, ebene, metallische Lochplatte 20 horizontal und parallel zu ihm, die galvanisch an dei Lade-Pluspol 21 des Elementes 10 angeschlossen ist. An diesem Lade-Pluspol 21 wird beim Laden positive Ladespannung angelegt. In geringem Abstand oberhalb dieser Lochplatte 20, die eine dritte Elektrode bildet, ist eine ebene und sich ebenfalls horizontal erstreckende, im ganzen mit 22 bezeichnete Trennwand angeordnet, die aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, ebenen, sich horizontal parallel zu-At a distance above the filter 15 extends a second, gas and liquid permeable, flat, metallic perforated plate 20 horizontally and parallel to it, which is galvanically connected to the positive charging pole 21 of the element 10 is connected. A positive charging voltage is applied to this positive charging pole 21 during charging created. At a short distance above this perforated plate 20, which forms a third electrode, is a flat and also horizontally extending partition, designated as a whole by 22 arranged, which consists of two spaced, flat, horizontally parallel to each other.

x5 einander erstreckenden Molekularsieben 23, 23' und einem den Zwischenraum zwischen ihnen ausfüllenden dritten flüssigen Elektrolyten 24 besteht.x5 mutually extending molecular sieves 23, 23 'and a third liquid electrolyte 24 filling the space between them.

Der zweite Elektrolyt 25 füllt den Zwischenraum zwischen dem Diaphragma 14 und dem Molekularsieb 23' aus und kann ebenfalls zweckmäßig flüssig sein.The second electrolyte 25 fills the space between the diaphragm 14 and the molecular sieve 23 ' and can also be suitably liquid.

Im Abstand oberhalb der Trennwand 22 befindet sich eine plattenförmige, ebene, sich ebenfalls horizontal erstreckende, massive erste Elektrode 27 aus Metall, die an einem plattenförmigen, ebenen Träger 2fa angeordnet ist. Der Träger 26 besteht aus Kunststoff, der untenseitig mit einer aufgedampften 'Schicht 2'6 ' eines an den elektrochemischen Reaktionen nicht teilnehmenden Metalles bedampft ist, die die Elektrode 27 kontaktiert und an den negativen Pol 30 des Elementes 10 galvanisch angeschlossen ist. Die Metallelektrode 27 bildet die negative Anode.-dieses Elementes 10. Durch den Träger 26 und die efste Elektrode 27 führt eine Kunststoffleitung 37 hindurch, die den ersten Elektrolyten enthaltenden beiden Kammern 36' und 46 > wie dargestellt/ miteinander verbindet.At a distance above the partition 22 is a plate-shaped, flat, also horizontal extending, massive first electrode 27 made of metal, which is arranged on a plate-shaped, flat support 2fa is. The carrier 26 consists of plastic, the underside with a vapor-deposited 'layer 2'6' a metal which does not participate in the electrochemical reactions and which makes contact with the electrode 27 is vaporized and is galvanically connected to the negative pole 30 of the element 10. The metal electrode 27 forms the negative one Anode.-of this element 10. A plastic line leads through the carrier 26 and the first electrode 27 37 containing the first electrolyte two chambers 36 'and 46> as shown / with one another connects.

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5472 - 32 -5472 - 32 -

Der Behälter 16 wie auch der Träger 26 nehmen an den elektrochemischen ReaktionenThe container 16 as well as the carrier 26 take part in the electrochemical reactions

nicht teil, sind also ständig inaktiv. Der Behälter und der Kunststoff des Trägers 26 können beispielsweise aus Polyäthylen, Polypropylen, PVC oder dergl. bestehen.not part, so they are constantly inactive. The container and the plastic of the carrier 26 can for example Made of polyethylene, polypropylene, PVC or the like. Consist.

Der Zwischenraum zwischen der durch das Molekularsieb 23' gebildeten horizontalen Oberseite der Trennwand 22 und der ersten Elektrode 27 ist mit einem ersten flüssigen Elektrolyten 31 gefüllt, bei dem es sich um eine wässrige Metallsalzlösung handelt, deren.Metall dem Metall oder dem Hauptmetall der ersten Elektrode 27 entspricht. I The space between the horizontal top of the partition 22 formed by the molecular sieve 23 'and the first electrode 27 is filled with a first liquid electrolyte 31, which is an aqueous metal salt solution, the metal of which is the metal or the main metal of the first electrode 27 corresponds. I.

Der zwischen den beiden Molekularsieben 23, 23' befindliche dritte Elektrolyt 24 der Trennwand 22 ' ist ebenfalls eine wässrige Metallsalzlösung, deren Säurerest dem Säurerest des im ersten ElektrolytenThe one between the two molecular sieves 23, 23 ' third electrolyte 24 of the partition wall 22 'is also an aqueous metal salt solution whose Acid residue is the acid residue in the first electrolyte

2Q ' »31 gelösten Metallsalzes entsprechen kann. Der zweite Elektrolyt 25 kann eine Alkalilauge sein, deren Alkalimetall dem Metall des im dritten Elektrolyten gelösten Metallsalzes entsprechen kann. Die Alkalilauge I ist ebenfalls eine wässrige Lösung. Die Konzen~2Q '»31 dissolved metal salt can correspond. The second Electrolyte 25 can be an alkali, the alkali metal of which is the same as the metal in the third electrolyte dissolved metal salt can correspond. The alkali lye I is also an aqueous solution. The concen ~

trationen der in den drei Elektrolyten 24, 25, 31 |trations of the in the three electrolytes 24, 25, 31 |

gelösten Metallverbindungen sind nicht kritisch, |dissolved metal compounds are not critical, |

sollten jedoch so aufeinander abgestimmt sein, daß keiner der Elektrolyten die Neigung hat, einein benachbarten Elektrolyten Wasser in störendem Ausmaße zu entziehen, damit jeder Elektrolyt den ihm zugeordneten Raum ausfüllt.should, however, be matched to one another in such a way that none of the electrolytes has a tendency to become one To withdraw water to a disruptive extent from neighboring electrolytes, so that each electrolyte has the fills in the space assigned to it.

Die Volumen der Elektrolyten 24, 25 und 31 bleiben beim Laden und Entladen im wesentlichen gleich. Unter 'The volumes of the electrolytes 24, 25 and 31 remain essentially the same during charging and discharging. Under '

* I* I

5472 - 33 -5472 - 33 -

Umständen kann sich dann, wenn das Element 10 überladen wird, Lösungsmittel elektrolytisch zersetzen.Under certain circumstances, if the element 10 becomes overcharged, solvent can degrade electrolytically.

Dies kann man jedoch an dem Anstieg der Ladeo However, this can be seen from the increase in Ladeo

spannung erkennen und erforderlichenfalls vorsehen, daß das Laden selbsttätig beendet wird, wenn der Anstieg der Ladespannung auf die Gefahr des Überladens hinweist. Auch andere Möglichkeiten zur -_ Vermeidung von überladen bestehen.Detect voltage and, if necessary, ensure that charging is automatically terminated when the Increase in charging voltage indicates the risk of overcharging. Also other ways to -_ Avoidance of overloading exist.

Die oben- und untenseitig von der Decke 44 und dem Träger 26 begrenzte oberste Kammer bildet eine Ausgleichkammer 46, durch die problemlos "'sichergestellt wird, daß alle Elektrolyten den Innenraum des Elementes 10 stets im erforderlichen Maß ausfüllen, indem die Ausgleichskainmer 46 ersten Elektrolyten enthält und die Molekularsiebe 23, 23' für deren aus Wasser bestehendes Lösungsmittel durchlässig sind.The top and bottom of the ceiling 44 and the The uppermost chamber, which is bounded by the carrier 26, forms a compensation chamber 46 through which "'is ensured without any problems is that all electrolytes always fill the interior of the element 10 to the required extent by the equalization chamber 46 contains first electrolytes and the molecular sieves 23, 23 'for their water existing solvent are permeable.

2020th

Die beiden Molekularsiebe 23, 23' der Trennwand 22 sind an der Umfangswandung des Behälters 16 abgedichtet befestigt, beispielsweise in nicht dargestellter Weise eingespannt. Das untere Diaphragma 14 kann beispielsweise auf den Lochboden 18 aufgeklebt sein. Auch das Filter 15 ist an der Umfangswand des Behälters 16 abgedichtet befestigt.The two molecular sieves 23, 23 ′ of the dividing wall 22 are sealed on the peripheral wall of the container 16 attached, for example clamped in a manner not shown. The lower diaphragm 14 can be glued onto the perforated base 18, for example. The filter 15 is also on the peripheral wall of the container 16 sealed attached.

Es ist ferner eins Entlüftungsleitung 33 vorhanden, die aus der den zweiten Elektrolyten 25 enthaltenden Kammer 34 des Elementes 10 durch die Behälterumfangswand hindurch bis zur Decke 44 nach außen führt zwecks Ableitens von beim Laden im zweiten Elektrolyten 25 entstehendem Sauerstoff, 35There is also a vent line 33 available, from the chamber 34 of the element 10 containing the second electrolyte 25 through the container peripheral wall through to the ceiling 44 to the outside leads to the discharge of oxygen produced in the second electrolyte 25 during charging, 35

ill··· »111« Ii ""ill · ·· »111« Ii ""

5472 - 34 -5472 - 34 -

I .5 Die Schicht 26' besteht aus einem Metall, das beim Laden ' und Entladen des Elementes 10 keine galvanische I. 5 The layer 26 'consists of a metal that is not galvanic when the element 10 is charged and discharged

Spannung zu den Lochblechen 13,:20 entwickelt und deshalb inaktiv bleibt. Beispielsweise kann es aus Nickel bestehen und die beiden metallischenTension to the perforated sheets 13,: 20 developed and therefore remains inactive. For example, it can be made of nickel and the two metallic

f 2.0 Lochbleche 13, 20 können dann zweckmäßig ebenfalls % aus diesem Metall, also beispielsweise aus Nickel f 2.0 perforated sheets 13, 20 can then also expediently consist of% this metal, for example nickel

I bestehen»I exist »

!; Dagegen geht das Metall der ersten Elektrode 27 beim!; In contrast, the metal of the first electrode 27 goes to

15 Entladen in Lösung bis es aufgebraucht ist. D^e ξ Schicht 26.'vermag keine Stromlieferung herbeizufvjh-15 Discharge in solution until it is used up. D ^ e ξ layer 26. 'is unable to bring about an electricity delivery

I ren, so daß dann das Element 10 vollständig ent-I ren, so that the element 10 is then completely

;';, laden ist. Beim Wieder auf laden bildet sich die; ';, load is. When reloading, the

'; erste Metallelektrode 27 an der Metallschicht 26''; first metal electrode 27 on metal layer 26 '

20 ^es Trägers 26 wieder aus, ohne daß dabei Dendriten entstehen. Auch ist die sich wieder bildende erste Metallelektrode 27 in sich massiv und es20 ^ it from carrier 26 again without dendrites being formed. The first metal electrode 27 which is forming again is also solid in itself and it is

I besteht so keine Gefahr des Abbröckeins von MetallThere is no risk of metal breaking off

I von ihr.I from her.

I 25 I 25

1 Die aus der den ersten Elektrolyten enthaltenen Kammer1 The chamber containing the first electrolyte

'. 36 des Elementes in die Kammer 4 6 führende Leitung '. 36 of the element in the chamber 4 6 leading line

kann auch dem Ableiten von Wasserstoff, der bei der beim Laden im ersten Elektrolyten stattfindenden Reduk-30 tion unverbraucht bleibt, aus der Kammer 36 dienen.can also be used to divert hydrogen, which occurs during charging in the first electrolyte tion remains unused, serve from the chamber 36.

Es sei erwähnt/ daß die Molekularsiebe 22, 23' eineIt should be mentioned / that the molecular sieves 22, 23 'a

I -35I -35

Il it II·· ** MM MIl it II ·· ** MM M

i i t P ii i t P i i ti t it *it *

" · 't 'T ! ; ί ι1 ! ; ί ι 1

.ti P 1 at.ti P 1 at

it · < I ' 'it <I ''

5472 - 35 -5472 - 35 -

Ti'enngrert2e haben können/ die Sauerstoff-Mölekülfe (O2) durchläßt. Dennoch geht der beim Laden sich im zweiten Elektrolyten 25 bildende Sauerstoff nicht durch das Molekularsieb 23 hindurch, sondern sammelt sich an diesem zu Gasblasen an, die dann durch die Entlüftungsleitung 33 nach außen entweichen können.Ti'enngrert2e can / the oxygen-Mölekülfe (O 2 ) lets through. Nevertheless, the oxygen that forms in the second electrolyte 25 during charging does not pass through the molecular sieve 23, but collects on it to form gas bubbles which can then escape to the outside through the vent line 33.

Es sei hier noch erwähnt, daß es zum besseren Ableiten der beim Laden im zweiten Elektrolyten entstehenden Sauerstoff-Gasblasen und gegebenenfalls der im ersten Elektrolyten entstehenden Wasser·*· stoff-Gasblasen zu den Leitungen 33, 37 zweckmäßig sein kann, daß das Element 1o im Betrieb geringfügig zur Horizontalen geneigt ist, was „ beispielsweise durch geringfügig unterschiedliche Höhe der Füße 18' erreicht werden kann. Oder man kann auch vorsehen, daß die Trennwand 23' und auch die erste Elektrode 27 mit Träger 26 schwach zur Horizontalen geneigt werden und die anderen im Elektrolyten befindlichen Teile, wie das Molekularsieb 23, das Diaphragma usw. horizontal ausgerichtet sind. Es kann gegebenenfalls auch schwache Wölbung des Diaphragmas 23* und der ersten Elektrode 27 vorgesehen sein, wobei die Entlüftungsleitungen 33, 37 dann an den höchsten Stellen dieser Wölbung in die betreffenden Kammern 36, 34 einmünden.It should also be mentioned here that, for better discharge of the oxygen gas bubbles formed during charging in the second electrolyte and, if necessary, the hydrogen gas bubbles formed in the first electrolyte to the lines 33, 37, it can be expedient for the element 10 in the Operation is slightly inclined to the horizontal, which “can be achieved, for example, by slightly different heights of the feet 18 '. Or one can also provide that the partition 23 'and also the first electrode 27 with support 26 are inclined slightly to the horizontal and the other parts in the electrolyte, such as the molecular sieve 23, the diaphragm, etc., are aligned horizontally. If necessary, a slight curvature of the diaphragm 23 * and the first electrode 27 can also be provided, the vent lines 33, 37 then opening into the relevant chambers 36, 34 at the highest points of this curvature.

Die Arbeitsweise dieses Elementes sei an folgendem, untersuchten Beispiel beschrieben: 35The mode of operation of this element is described using the following examined example: 35

• ■ · ι• ■ · ι

I I II I I

I I <I I <

I · ι 1(M Il I · ι 1 (M Il

ι ι ·"·«ι ι · "·«

ι · 1 I Iι · 1 I I

I ι ΙI ι Ι

,5472 - 36 -, 5472 - 36 -

Die erste Elektrode 27 bestand bei dei? Untersuchung aus Zink. Der erste Elektrolyt 31 bestand aus wässriger Zinksulfatlöäung, pH-Wert ca. 4-6* Der dritte Elektrolyt 24 bestand aus wässriger Käliümsulfatlösung, pH-Wert ca. 5-8. Der zweite Elektrolyt 25 bestand aus Kalilauge» Die Molekularsiebe 23, 23' hatten jeweils eine Trenngrenze von 50, so daß sie weder für Zink, noch für SO. und KOH durchlässig waren* Dagegen sind diese Molekularsiebe durchlässig für H, OH und H3O* Die dritte Elektrode und das Lochblech 13 bestanden aus Nickel. -c Beim Entladen waren die Pole 19, 30 über die Lei-1 tung 40 und eine Last 41 miteinander verbunden und es spielten sich dann folgende Vorgänge beim Entladen ab:The first electrode 27 consisted of the? Examination from zinc. The first electrolyte 31 consisted of aqueous zinc sulfate solution, pH value approx. 4-6 * The third electrolyte 24 consisted of aqueous calcium sulfate solution, pH value approx. 5-8. The second electrolyte 25 consisted of potassium hydroxide solution. The molecular sieves 23, 23 'each had a separation limit of 50, so that they could neither be used for zinc nor for SO. and KOH were permeable * In contrast, these molecular sieves are permeable to H, OH and H 3 O * The third electrode and the perforated plate 13 consisted of nickel. -c When unloading the poles 19, 30 on the managerial one processing 40 and a load 41 connected to each other and then played the following operations when unloading from were:

A*1 der am Diaphragma 14 beginnenden Luftkatode 11 tritt folgende Reaktion ein, indem in sie durch das Diaphragma 14 Luft eindringt:A * 1 of the air cathode 11 beginning at the diaphragm 14, the following reaction occurs in that air penetrates into it through the diaphragm 14:

2 H0O + O0 + 4e~ -»· 4 0H~ Der Sauerstoff stammt aus der Uiiigebungsluft. Die hierbei gebildeten 0H-Ionen wandern als Ladungsträger durch die Trennwand 22 hindurch in den ersten Elektrolyten 31 und in ihm spielt sich dann an der ersten Elektrode 27 folgende Reaktion ab:2 H 0 O + O 0 + 4e ~ - »· 4 0H ~ The oxygen comes from the ambient air. The OH ions formed in this way migrate as charge carriers through the partition 22 into the first electrolyte 31 and the following reaction then takes place in it at the first electrode 27:

2 Zn + 4 OH" -♦ 2 Zn(OH)0 + 4e~2 Zn + 4 OH "- ♦ 2 Zn (OH) 0 + 4e ~

Das sich bildende Zinkhydroxid Zn(OH)_ wurde ausgefällt und sank auf das ebene, horizontal gerichtete Molekularsieb 23! und lagerte sich hier in gleichmäßiger Schicht ab. Sobald das gesamte Zink 'The zinc hydroxide Zn (OH) which formed was precipitated and sank onto the flat, horizontally oriented molecular sieve 23 ! and deposited here in an even layer. Once all of the zinc '

5472 - 37 -5472 - 37 -

■ ■ · · t i · ί I■ ■ · · t i · ί I

ι a I ι ι I I >ι a I ι ι I I >

• lit·· I ι ι ι t ι• lit ·· I ι ι ι t ι

der ersten Elektrode 27 verbraucht war, war dieses Sekundärelement 10 entladen.of the first electrode 27 was consumed, this secondary element 10 was discharged.

Nach der Entladung wurde das Element 10 wieder geladen i indem der positive Pol der Ladespannungsquelle an den Ladepol 21 und der negative Pol der Ladespannungsquelle an den Pol 30 in nicht dargestellter Weise angeschlossen wurde. Die Ladespännung betfug ca. 1,8 V, wobei erwähnt sei, daß dem Element beim Entladen eine Spannung von ca. 1,2 bis 1,3 V ohne weiteres entnommen werden kann.After discharge, the member 10 has been loaded i by the positive pole of the charging voltage source to the Ladepol 21 and the negative pole has been the charging voltage source connected to the pole 30 in a manner not shown again. The charging voltage was approx. 1.8 V, whereby it should be mentioned that a voltage of approx. 1.2 to 1.3 V can easily be drawn from the element when it is discharged.

Beim Läden findet im zweiten Elektrolyten folgende Reaktion statt:When charging, the following reaction takes place in the second electrolyte:

2 H0O" 4e~ _* ο t + 4 H+ 2 H 0 O "4e ~ _ * ο t + 4 H +

Die dritte Elektrode 20 ändert sich dabei nicht.The third electrode 20 does not change.

Der sich bildende Sauerstoff 0_entweicht durch die Entlüftungsleitung 33. Die sich im zweiten Elektrolyten 25 bildenden Η-Ionen wandern als Ladungsträger, durch den dritten Elektrolyten 24 der Trennwand 22 und deren Molekularsiebe 23, 23' hindurch in den ersten Elektrolyten 31 und es spielt sich in ihm folgende Reaktion ab:The oxygen that is formed escapes through the vent line 33. The second Electrolyte 25 forming Η-ions migrate as charge carriers the third electrolyte 24 of the partition 22 and its molecular sieves 23, 23 'through into the first Electrolyte 31 and the following reaction takes place in it:

3030th

Zn(OH)2 + 4 H+ -r 2 Zn++ + 4 H.,0Zn (OH) 2 + 4 H + -r 2 Zn ++ + 4 H., 0

Die hierbei aus dem Zinkhydroxid Zn (OH) o frei werdenden Zink-Ionen schlugen sich als gleichmäßige,The zinc ions released from the zinc hydroxide Zn (OH) o turned out to be uniform,

massive Zinkschicht 27 an der Metallschicht 26' 35massive zinc layer 27 on the metal layer 26'35

i i It ti I * t ii It ti I * t

« · ■ »il · ι . , . ι · ■ > I .1«· ■» il · ι . ,. ι · ■> I .1

5472 - 38 -5472 - 38 -

I des Trägers 26 nieder. Damit entstand die ersteI of the carrier 26 down. This created the first

I Elektrode 27 beim Läden wieder als massive/ ebene/I Electrode 27 again as solid / flat / when loading

ig g ungefähr gleich dicke Zirikschicht. Sie haftet an * dem Trägerraetall sehr fest, kannig g zirik layer of approximately the same thickness. It adheres to the * Trägerraetall very firm, can

sich also nicht ablösen. Bei der Wiederbildung der Elektrode 27 bildeten sich keine Dendriten/ so daß eine hohe Anzahl von Lade- und Entladezykien 10 mit diesem Element 10 erreicht werden können.So don't peel off. When the electrode 27 was re-formed, no dendrites were formed / so that a high number of charging and discharging cycles 10 can be achieved with this element 10.

Es zeigte sich/ daß die im dritten Elektrolyten 24 ι befindlichen Kalium-Ionen weder beim Laden nochIt was found / that the potassium ions in the third electrolyte 24 ι neither during charging nor

\ beim Entladen, noch in der übrigen Zeit durch das \ when unloading, for the rest of the time by the

I _ 15 Molekularsieb 23 hindurch gingen, obwohl dessenI _ 15 molecular sieve 23 passed though that

.; Trenngrenze 50 betrug, also dieses Molekularsieb 23'.; Separation limit was 50, so this molecular sieve 23 '

I wie auch das Molekularsieb 23 an sich für Kalium^ I as well as the molecular sieve 23 per se for potassium ^

1 Ionen durchlässig war. Es ist anzunehmen, daß dieser1 ion was permeable. It can be assumed that this

I überraschende Effekt darauf beruht, daß die Kalium-I surprising effect is based on the fact that the potassium

'*. 20 Ionen im dritten Elektrolyten 24 keine Affinität zu J den im ersten Elektrolyten 31 befindlichen Säure^ '*. 20 ions in the third electrolyte 24 have no affinity for the acid in the first electrolyte 31 ^

'; resten SO. mehr hatten, weil sie im dritten Elektro-'; left SO. had more because in the third electrical

lyten an die in ihm befindlichen Säurereste SO. , ausreichend fest angebunden waren und diese Ver-lytes to the acid residues SO found in it. , were sufficiently firmly attached and these

j 25 bindung K3SO4 ein über der Trenngrenze des s- Molekularsiebes 23 liegendes Molekulargewichtj 25 bond K 3 SO 4 a molecular weight above the separation limit of the s-molecular sieve 23

.'f. von ca. 174 hat. Damit verdünnt sich der zweite.'f. of approximately 174 has. This thins the second

J und dritte Elektrolyt 25 und 24 nicht irreversibel.J and third electrolyte 25 and 24 are not irreversible.

I Auch wurde festgestellt, daß die SelbstentladungI also found that self-discharge

30 öes Sekundärelementes 10 äußerst gering ist, so daß es, wenn kein Strom entnommen wird, seine Ladung über sehr lange Zeit behält.30 öes secondary element 10 is extremely small, so that if no power is drawn, it will retain its charge for a very long time.

Die genannte Trenngrenze der Molekularsiebe 23, 23' 35 war kleiner als das Atomgewicht von Zink und dasThe mentioned separation limit of the molecular sieves 23, 23 ' 35 was smaller than the atomic weight of zinc and that

5472 - 39 -5472 - 39 -

• Molekulargewicht von SO, und von KQH, so daß sie• Molecular weight of SO, and of KQH so that they

weder Zink, noch den Säurerest SO.,noch Kalium-5 neither zinc, nor the acid residue SO., nor potassium-5

hydroxid durchlassen.let through hydroxide.

«I M rtii «ι >it If t«I M rtii« ι> it If t

I Il I ·* * Il It*I Il I * * Il It *

ti ι I It ti ι I It

·ίι· Ίι

Claims (1)

Dr.-Ing. Dipl, Phya. OSKAR KÖNIG'Dr.-Ing. Dipl, Phya. OSCAR KING ' Zugelassener Vertreter beim Europälachen Pa:eatamtApproved representative at the Europälachen Pa: eatamt Telex: 07-22747 Koen Dtsi.iou.i. i'-x- . ,- Telex: 07-22747 Koen Dtsi.iou.i. i ' -x-. , - Telefon: (07 U) 29 64 61 Km;i0 N Γ ε ' l · ; :c ·Telephone: (07 U) 29 64 61 Km; i0 N Γ ε ' l · ; : c Telegramm: Koenlgpat 7000 STUTTGART-I, Klüpfelatraße 6 (BLZ . '*'** °" Telegram: Koenlgpat 7000 STUTTGART-I, Klüpfelatraße 6 (BLZ. '*' ** ° " Postfach 61P.O. Box 61 5472 - 1 -5472 - 1 - Elektrochemisches Element, welches eine metallische erste Elektrode, die seine negative Anode bildet, und einen mit ihr beim Entladen chemisch reagierenden, gelöstes Metallsalz enthaltenden Elektrolyten aufweist, wobei das Metall des gelösten Metallsalzes Metall der ersten Elektrode entspricht, und ferner eine zweite Elektrode hat, die die positive Katode bildet, der ein zweiter Elektrolyt zugeordnet ist, der vom ersten Elektrolyten durch eine poröse Trennwand getrennt ist, dadurch gekennzeichnet , daß im zweiten Elektrolyten (25) beim Entladen des Elementes (10) negative OH-Ionen als Ladungsträger gebildet werden, für die die Trennwand(22) durchlässig ist, und daß die Trennwand (22) als eine den Übertritt des Metalls und der Säurereste des im ersten Elektrolyten (31) gelösten Metallsalzes in den zweiten Elektrolyten (25) verhindernde Sperre wirkt.Electrochemical element, which has a metallic first electrode, which forms its negative anode, and an electrolyte containing dissolved metal salt which reacts chemically with it during discharge having, wherein the metal of the dissolved metal salt corresponds to the metal of the first electrode, and further has a second electrode constituting the positive cathode which is a second electrolyte is assigned, which is separated from the first electrolyte by a porous partition, thereby characterized in that negative OH ions in the second electrolyte (25) when the element (10) is discharged are formed as charge carriers for which the partition (22) is permeable, and that the partition (22) as one the transfer of the metal and the acid residues of the metal salt dissolved in the first electrolyte (31) in the second electrolyte (25) preventing lock acts. 1 t i i 1 tii Uli tiUli ti - 2 -- 2 - 2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daö es ein wiederaufladbares Sekundärelement (10) ist und die Trennwand (22) für beim Laden sich im zweiten Elektrolyten (25) bildende, positiv geladene Wasserstoffionen durchlässig ist, so daß diese in den ersten Elektrolyten (31) einwandern können.2. Element according to claim 1, characterized / daö it is a rechargeable secondary element (10) and the partition (22) for during charging in the second electrolyte (25) forming, positively charged hydrogen ions is permeable, so that these can migrate into the first electrolyte (31). 3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein nicht wiederaufladbares Primärelement ist.3. Element according to claim 1, characterized in that it is a non-rechargeable primary element. 4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand ein einziges Molekularsieb aufweist, dessen Trenngrenze so getroffen ist, daß sie für die OH- und für K-Ionen und vorzugsweise auch für das Lösungsmittel der Elektrolyten durchlässig ist, jedoch nicht für die anderen im zweiten" Elektrolyten (25) enthaltenen Moleküle.4. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the partition wall is a has the only molecular sieve whose separation limit is made so that it is suitable for the OH and for K ions and preferably also for the solvent, the electrolyte is permeable, but not for the other molecules contained in the second "electrolyte (25)". 5, Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (22) zwei Molekularsiefes (23,23') aufweist, zwischen denen5, element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the partition (22) has two Molecular depths (23,23 ') between which sich ein dritter Elektrolyt (24) befindet, derart, daß der Übergang von Kationen aus dem zweiten Elektrolyten (25) in den ersten Elektrolyten (31) mit Ausnahme von Wasserstoffkationen verhindert wird.there is a third electrolyte (24) such that the transfer of cations from the second electrolyte (25) is prevented in the first electrolyte (31) with the exception of hydrogen cations. ti Il IfM Il If I ti Il IfM Il If I i i i * . i ϊ t I * iii *. i ϊ t I * Il I I I * I * j « W ff* » t Il III * I * j «W ff * » t Ii 4lij «4 Ii Ii i t t 4 Ii 4lij «4 Ii Ii itt 4 ' - 3 -'- 3 - 6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Elektrolyt (24) Metallsalz gelöst enthält, vorzugsweise Alkalimetallsalz.6. Element according to claim 5, characterized in that that the third electrolyte (24) contains dissolved metal salt, preferably alkali metal salt. 7. Element nach Anspruch 6t dadurch gekennzeichnet,7. Element according to claim 6 t, characterized in that daß der Säurerest des im dritten Elektrolyten (24) gelösten Metallsalzes dem Säurerest des im ersten Elektrolyten (31) gelösten Metallsalzes enspricht*that the acid residue of the metal salt dissolved in the third electrolyte (24) corresponds to the acid residue of the first Electrolyte (31) corresponds to dissolved metal salt * 8. Element nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des im dritten Elektrolyten (24) gelösten Metallsalzes dem Metall einer im zweiten Elektrolyten (25) gelösten Metallyerbindung entspricht.8. Element according to claim 6 or 7, characterized in that that the metal of the metal salt dissolved in the third electrolyte (24) is the metal corresponds to a dissolved metal bond in the second electrolyte (25). 9. Element nach Anspruch 6,7 oder8,dadurch gekennzeichnet, daß der Säurerest des Metallsalzes des dritten Elektrolyten (24) ein Atomgewicht über der Trenngrenze des den dritten Elektrolyten (24) von dem zweiten Elektrolyten (25) trennenden Molekülariliebes (23) aufweist.9. Element according to claim 6, 7 or 8, characterized in that that the acid residue of the metal salt of the third electrolyte (24) is one atomic weight above that Separation limit of the molecular structure separating the third electrolyte (24) from the second electrolyte (25) (23). 54725472 10. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (11) eine Sauerstoff-Katode, vorzugsweise eine Lüftkatoce ist, die beim Entladen den positiven Pol (19) des Elementes (10) bildet.10. Element according to one of the preceding claims, characterized in that the second electrode (11) is an oxygen cathode, preferably is a Lüftkatoce, which forms the positive pole (19) of the element (10) when discharging. 1111th Element nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (11) als Katalysator Aktivkohlepulver (12) aufweist.Element according to Claim 1o, characterized in that the second electrode (11) has activated carbon powder (12) as a catalyst. 12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle (12) von einem Metallgitter oder dergleichen (13) kontaktiert ist.12. Element according to claim 11, characterized in that the activated carbon (12) by a metal grid or the like (13) is contacted. 13. Element nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß es eine dritte Elektrode (20; aufweist, die dem Anschluß eines positven Poles einer dem Laden des Elementes dienenden Ladestromquelle dient und daß die dritte Elektrode sich außerhalb des Aktivkohlepulvers (12) jedoch noch innerhalb des zweiten Elektrolyten (25) befindet.13. Element according to claim 11 or 12, characterized in that that it has a third electrode (20; which is connected to a positive Poles a charging current source serving to charge the element is used and that the third electrode outside the activated carbon powder (12) but still within the second electrolyte (25) is located. 14. Element nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohleschicht (12) durch ein für ihr Aktivkohlepulver undurchlässiges, jedoch für den zweiten Elektrolyten (25) durchlässiges Filter (15) von dem über ihr befindlichen Bereich des zweiten Elektrolyten, in welchem sich die dritte Elektrode (20) befindet, getrennt ist.14. Element according to claim 13, characterized in that that the activated carbon layer (12) by an impermeable to its activated carbon powder, however, for the second electrolyte (25) permeable filter (15) from the one above it Area of the second electrolyte, in which the third electrode (20) is located, is separated. I ίI ί > I I> I I - 5 -- 5 - 15. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Elektrolyten (25) eine Entlüftungslextung (33) für sich beim Laden bildenden Sauerstoff zugeordnet ist.15. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the second Electrolytes (25) are assigned a ventilation system (33) for oxygen that is formed during charging is. J 10
16. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9/
J 10
16. Element according to one of claims 1 to 9 /
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ebenfalls eine Metallelektrode ist, die beim Entladen den positiven Pol bildet.characterized in that the second electrode is also a metal electrode used in Discharge forms the positive pole. 17. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Elektrolyt einen pH-Wert aufweist, der größer j als 7 ist.17. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the second Electrolyte has a pH that is greater than 7. 2020th .18. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Elektrolyten eine Entlüftungslextung (45) für denjenigen \ Wasserstoff zugeordnet ist, der bei der beim.18. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the first electrolyte is a Entlüftungslextung (45) is assigned for those \ hydrogen which when in the Laden im ersten Elektrolyten auftretenden chemischen Reduktion unverbraucht bleibt.Charging occurring in the first electrolyte chemical reduction remains unused. 19. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,19. Element according to one of the preceding claims, H dadurch gekennzeichnet, daß die erste ElektrodeH characterized in that the first electrode (27) eine Aluminium-Elektrode ist.(27) is an aluminum electrode. 3535 It · > > ι It ·>> ι 5472 - 6 -5472 - 6 - Ψ 5 20. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 18/ Ψ 5 20. Element according to one of claims 1 to 18 / dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode •i (27) eine Zink-Elektrode ist*characterized in that the first electrode • i (27) is a zinc electrode * *: 21. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 18,*: 21. element according to one of claims 1 to 18, I 10 dadurch gekennzeichnet, daß die erste ElektrodeI 10 characterized in that the first electrode I (27) eine Magnesium-Elektrode ist.I (27) is a magnesium electrode. ίί 22. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,ίί 22. Element according to one of the preceding claims, I dadurch gekennzeichnet, daß der ersten ElektrodeI characterized in that the first electrode -I 15 (27) geringe Mengen von Erdalkalimetall zu-"-I 15 (27) small amounts of alkaline earth metal to- " I legiert sind und/oder im ersten Elektrolyten (31)I are alloyed and / or in the first electrolyte (31) \ vor dem ersten Laden des Elementes eine geringe \ before loading the element for the first time, a small I Menge Erdalkalihydroxid, vorzugsweise Kalzium- I Amount of alkaline earth hydroxide, preferably calcium I hydroxid, enthalten ist, das beim erstmaligenI contain hydroxide, which is the first time ■^ Laden sich im ersten Elektrolyten löst und dessen Erdalkalimetall sich dann an der ersten Elektrode■ ^ Charge dissolves in the first electrolyte and its Alkaline earth metal then attaches itself to the first electrode • (27) zusammen mit deren Hauptmetall niederschlägt.• (27) precipitates together with their main metal. 23. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektrolyt (31) ausschließlich oder im wesentlichen nur23. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the first electrolyte (31) exclusively or essentially only Metallionen enthält, die dem Metall des in ihm gelösten Metallsalzes entsprechen.Contains metal ions that correspond to the metal of the metal salt dissolved in it. 3030th 24. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,24. Element according to one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektrolyt (311 als Metallsalz Metallsulfat gelöst enthält.characterized in that the first electrolyte (311 contains metal sulfate dissolved as the metal salt. 3535 • · c ι• · c ι - 7 -- 7 - 25. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektrolyt als Metallsalz Metallnitrat gelöst enthält.25. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the first electrolyte contains dissolved metal nitrate as a metal salt. 26. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektrolyt26. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that the first electrolyte (31) als Metallsalz Metallchlorid gelöst enthält.(31) contains metal chloride dissolved as a metal salt. 27. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Elektrolyt eine wässrige Lösung ist.27. Element according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one Electrolyte is an aqueous solution. 28. Element nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Elektrolyt (25) wässrige28. Element according to claim 27, characterized in that the second electrolyte (25) is aqueous Alkalilauge ist, die vorzugsweise 20 bis 45 Ge- ψ Alkali lye, which is preferably 20 to 45 Ge ψ wichtsprozent Alkalihydroxid enthält. rcontains weight percent alkali hydroxide. r 29. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, | dadurch gekennzeichnet, daß seine Elektroden (11,27) jj und die Trennwand (22) ungefähr eben und im Abstand über- ) einander angeordnet sind und ihre Betriebsstellungen vorzugsweise ungefähr horizontal sind.29. Element according to one of the preceding claims, | characterized in that its electrodes (11,27) jj and the partition (22 ) are arranged approximately flat and at a distance from one another and their operating positions are preferably approximately horizontal. 30. Element nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,30. Element according to claim 29, characterized in that daß die Trennwand (22) sich vertikal unterhalb der ersten Elektrode (27) befindet.that the partition (22) is located vertically below the first electrode (27). i Ii I ι ιι ι - 8 -- 8th - e, 31. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, data durch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittel der Elektrolyten (24,25,31) dieselbe chemische Verbindung sind und die Trennwand (22) für dieses Lösungsmittel durchlässig ist. e, 31. Element according to one of the preceding claims, data characterized in that the solvents of the electrolytes (24,25,31) are the same chemical compound and the partition (22) is permeable to this solvent. 32. Element nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,32. Element according to claim 28, characterized in that daß der zweite Elektrolyt Kalilauge und/oder Natronlauge ist.that the second electrolyte is potassium hydroxide and / or sodium hydroxide solution. 33. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,33. Element according to one of the preceding claims, *5 dadurch gekennzeichent, daß der erste Elektrolyt (311 einen pH-Wert kleiner 7 aufweist.* 5 characterized in that the first electrolyte (311 has a pH value of less than 7. 34. Element nach einem der Ansprüche 1 - 32,34. Element according to any one of claims 1 - 32, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Elektrolyt Ϊcharacterized in that the first electrolyte Ϊ "6^ einen pH-Wert gleich 7 oder etwas größer als aufweist." 6 ^ has a pH equal to or slightly greater than 7.
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