DE941982C

DE941982C - Elektrische Stromquelle

Info

Publication number: DE941982C
Application number: DED11433A
Authority: DE
Inventors: Dr Georg Manecke
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1952-01-25
Filing date: 1952-01-26
Publication date: 1956-04-26

Description

AUSGEGEBEN AM 26. APRIL 1956

Göttingen

Elektrische Stromquelle

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromquelle, die dadurch gekennzeichnet ist, daß abwechselnd eine kation- und eine anionpermeable Membran oder Trennwand, vorzugsweise hergestellt aus oder mit Kation- bzw. Anionaustauschern, hintereinandergeschaltet sind, wobei in den in dieser Weise seitlich begrenzten Zellen abwechselnd konzentriertere und verdünntere Elektrolytlösungen sich befinden. Dabei entstehen Membranpotentiale, die durch die Elektrolytlösungen zwischen den Membranen hintereinandiergesehaket sind. Abwechselnd stärkere und schwächere Konzentrationen werden entweder von vornherein durch Einfüllen entsprechender Elektrolytlösungen vorgegeben, oder sie können auch hergestellt werden, wenn man zunächst in alle Zellen eine Lösung gleicher Konzentration gibt und dann durch Durchleiten eines elektrischen Gleichstromes durch die ganze Batterie infolge der verschiedenen Permeabilität der Membranen die abwechselnd stärkeren und schwächeren Konzentrationen erzeugt.

Die Erfindung sei an Hand des in der Abbildung •schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Immer abwechselnd wird eine kationaustauschende, K, und eine anionaustauschende Membran A, hergestellt aus !ionenaustauschern, von Distanzstücken voneinander in gleichem Abstand

■ gehalten, zusammengebaut. Der Zusammenbau erfolgt so, daß an den beiden Enden entweder beide Membranen kationaustauschend bzw. anionaustauschend sind, oder aber eine Endmembran' ist kationaustauscherid und die andere anionaustauschend.

Das ganze Gehäuse wie die Distanzstücke können aus jedem isolierenden- und wasser-, säure- und basenundurchlässigen Material hergestellt werden, ίο so z. B. Glas, Kunststoffen, imprägniertem Holz usw. Die Abdichtung erfolgt durch elastisches Dichtungsmaterial oder durch geeigneten Kitt bzw. Leim, z. B. aus wasser-, säure- oder basenfestem Material. Das Gehäuse und die Distanzstücke können auch aus einem Stück gearbeitet werden. Die ganze Batterie kann auch durch durchgehende Bolzen zusammengeschraubt werden. In die Zellen zwischen die Membranen wird z. B. abwechselnd ι n'-K CKLösung und eine V₁₀ n-K Cl-LösiUng- hinein·- ao gegeben. In die beiden letzten Zellen 1 und 6 werden Ag-Ag Cl-Elektroden E zum Ableiten des Stromes hineingebracht. Man kann auch so verfahren, daß zunächst in alle Zellen z. B. eine ¹ZiO n-K Cl-Lösung gegeben wird. Durch Durchleiten eines elektrischen Gleichstromes durch die ganze Batterie erfolgt infolge der verschiedenen Permeabilität der Membranen in den Zellen .abwechselnd eine Konzentrierung und Verdünnung der Elektrolytlösung. Man kann also den Membranakkumulator aufladen. Betrachtet man Zelle 2: Hier können K-Ionen - durch die kationaustauschende Membran zur Kathode und die Chlorionen durch die anionaustauschiende Membran zur Anode. In dieser Zelle wird sich also die Lösung beim Stromdurchgäng verdünnen. In der nächsten Zelle 3 kann das von links eingewanderte Anion nicht mehr weiter und das von rechts her gekommene Kation auch nicht, so daß hier eine Konzentrierung'erfolgt. Auf diese Weise wird sich in den Zellen 1, 3, S nach Stromdurchgang eine konzentrierte Lösung befinden und in den Zellen 2, 4, 6 eine verdünntere Lösung.

Die Membranen oder Trennwände stellt man aus semipermeablen Stoffen tier, vorzugsweise aus oder mit Ionenaustauschern. Al'siElefctrolyfe können sämtliche anorganischen wie organischen Salze, Säuren oder Basen verwendet werden, z.B. KCl, NaCl, HGl, NaOH usw. Diese werden allein oder als Gemische in Wasser gelöst, man' kann für alle Zellen den gleichen Elektrolyt oder verschiedene nehmen. Als Elektroden nimmt man Metall bzw. Kohleelektroden oder sekundäre Elektroden, z. B. Ag-Ag Cl-Elektroden bei Verwendung von Chloriden als Elektrolyt.

Um.die Spannung gleichmäßig zu halten, kann, entweder mechanisch gerührt oder ein Gas bzw. Luft durch die Zellen durchgeschickt werden.

Um die Kapazität zu erhöhen, kann in die kon- · zentrierteren Zellen ein Bodenkörper, also noch über die Sättigung hinaus fester Elektrolyt hinzugegeben • werden oder in die verdünnteren Zellen ein Fällungs- oder Adsorptionsmittel für die entsprechenden Ionen, z. B. ein mit Silberionen beladener Kationenaustauscher, der sowohl einwandernde Chlorionen sowie auch Kationen aus der Lösung entfernt. Die ionenaustauschenden Membranen können zur Vergrößerung der Oberfläche gewellt sein.

Die Elektrolytlösungen können in den Zellen mit mechanischen oder chemischen Mitteln verdickt werden, wobei auch hier bei den konzentrierteren Lösungen fester Elektrolyt hinzugegeben werden kann.

Die Kapazität kann' auch erhöht werden, wenn man aus einem Vorratsgefäß konzentrierte Lösung in die Zellen mit der konzentrierten Lösung und aus einem Vorratsgefäß mit verdünnter Elektrolytlösung in die Zellen mit verdünnteren Lösungen Elektrolytlösung hinzufließen läßt, wobei der Überschuß abgeleitet wird. Hierbei kann man durch ein kontinuierliches Durchfließen konstanten Strom erzeugen. Die abgeflossenen Lösungen kann man durch Eindunstenlassen wieder verwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd kation- und anionpermeable Membranen oder Trennwände, die ganz oder zum Teil aus anorganischen oder organischen Ionenaustauschern bestehen, zwischen Zellen hintereinandergeschaltet sind, in denen sich Elektrolytlösungen abwechselnd höherer und niedrigerer Konzentration befinden.

2. Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in allen Zellen dieselbe Elektrolytlösung gleicher Konzentration'gegeben wird und durch Durchleiten eines elektrischen Gleichstromes Konzentrationsänderungen und 100. damit Spannung erzeugt werden.

3. Verfahren zur Herstellung einer primären Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß in die verschiedenen Zellen verschiedene Elektrolytlösungen oder verschiedene Elektrolytgemische eingefüllt werden,

4. Stromquelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung von Elektrolytlösungen aus anorganischen oder organischen Salzen, Säuren oder Basen (z.B. NaCl, KCl, H₂SO₄, HCl, NaOH, KOH usw.), die einzeln oder als Ge- mische in Wasser gelöst sind.

5. Stromquelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung von Abnahmeelektroden, die aus Metall oder Kohle oder sonst leitendem Material hergestellt sind, oder sekundärer Elektroden, z.B. Ag-AgCl-Elektroden bei gleichzeitiger Verwendung eines Chlorides als Elektrolyt.

6. Stromquellen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß^ die Elektrolytlösung in den Zellen mechanisch oder durch Durchblasen von Luft oder eines Gases umgerührt wird.

7· Stromquellen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zellen mit der höheren Konzentration sich noch fester Elektrolyt als Bodenkörper befindet.

8. Stromquellen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zelten mit der verdünnteren Lösung ein Fällungs- oder Absorptionsmittel für die permeierenden Ionen sich befindet.

9. Stromquellen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Vorratsbehälter mit konzentrierter Elektrolytlösung diese in die Zellen mit der konzentrierten Lösung hinzufließt, ebenso aus 'einem Vorratsbehälter mit verdünnter Elektrolytlösung diese in die Zellen mit der verdünnten Elektrolytlösung hinzufließt, so daß ein kontinuierliches Durchfließen der Batterie erfolgt, indem der Überschuß abgelassen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 702 4.56