DE334890C - Galvanisches Primaerelement - Google Patents

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, galvanische Primärelemente . als Stromquelle für Hausbeleuchtung, kleinere Kraftbedürfnisse u. dgl. zu benutzen, alle darauf gerichteten Versuche sind aber bis jetzt an wirtschaftlichen Schwierigkeiten gescheitert, da einerseits die in den Elementen verbrauchten Stoffe im Verhältnis zu der erzeugten Strommenge zu teuer sind, anderseits die Erneuerung der EIemente, nachdem die Stoffe verbraucht sind, eine sehr umständliche Arbeit ist.

Um galvanische Primärelemente für Stromerzeugung in größerem Maßstab verwendbar zu machen, ist es deshalb erforderlich, sowohl die Unkosten sämtlicher wirksamen Bestandteile als auch die Wartungs- und Unterhaltungskosten des Elementes auf einen Mindestwert herabzusetzen.
Die Erfindung bezweckt, eine solche beträchtliche Herabsetzung der Unkosten durch Herstellung eines galvanischen Primärelementes mit unveränderlichem Elektrolyten in Verbindung mit Depolarisation durch den Sauerstoff der Luft sowie dadurch zu erreichen, daß das für die Stromerzeugung verbrauchte Metall in ein unlösliches Hydrat umgewandelt wird, das aufgesammelt und wieder verwertet werdenkann.

Zwecks näherer Klarstellung dieser Erfindung

soll zunächst ein theoretisches Beispiel zu ihrer Ausübung beschrieben und gleichzeitig der Erfindungsgedanke erläutert werden, worauf ein praktisches Ausführungsbeispiel beschrieben werden soll.

Ein galvanisches Primärelement mit unveränderlichem Elektrolyten kann in seiner einfachsten Form wie folgt hergestellt werden, wobei auf Fig. 1 der Zeichnung Bezug genommen wird.

Auf dem Boden eines Gefäßes Y aus Holz, Glas, Ton oder einem anderen geeigneten Stoff ist eine Zinkplatte Z mit einem Ableitungsdraht N angebracht. In dem Gefäß Y befindet sich ein Elektrolyt E, bestehend aus einer Lösung eines Salzes eines Alkalimetalles, wie ζ. Β Kochsalz (Chlornatrium). Oberhalb des Elektrolyten ist eine Platte C aus poröser, elektrisch leitender Kohle (oder porösem Graphit) vorgesehen, die mit Hilfe von Schwimmkörpern f eines Stoffes, dessen spezifisches Gewicht geringer ist als dasjenige der Kochsalzlösung, wie z. B. Kork oder einer anderen geeigneten Holzart mit geringem spezifischem Gewicht, auf der Flüssigkeit schwimmt. Das Volumen dieser Schwimmkörper ist so bemessen, daß die Kohlenscheibe nur bis an einem Bruchteil ihrer Höhe (z. B. etwa 2 bis 3 mm) in den Elektrolyten taucht. In der oberen Fläche der Kohlenplatte ist eine Einsenkung vorgesehen, die mit Quecksilber Q gefüllt ist, in das ein Ableitungsdraht P taucht, der mit der auf dem Gefäß Y befestigten Klemme P¹ verbunden ist. Auf die obere Fläche der Kohlenplatte ist eine dünne Schicht Kupferoxyd gestreut.

Wenn bei diesem Element die beiden Pole durch einen entsprechenden Widerstand miteinander verbunden werden, .so findet unter

Stomentwicklung folgende summarische Reaktion statt:

Zn + 2 Na Cl + 2 H₂O + CuO = . Zn Cl₂ + 2 Na OH + H₂O + Cu.

An der negativen Polelektrode (dem Zink) sammelt sich eine Schicht aus Zinkchlorid (Zn Cl₂), an der positiven Polelektrode sammelt sich eine Schicht aus Natriumhydroxyd (NaOH),

ίο das die Poren der Kohlenplatte allmählich ausfüllt. Zufolge der Diffusion breiten sich aber die beiden Stoffe Zn Cl₂ und Na OH über das ganze Volumen des Elektrolyten aus. Dann findet beim Zusammentreffen derselben folgende Reaktion statt:

Zn Cl₂ + 2 Na OH = Zn (O H)₂ + 2 Na Cl.

Das bei der Stromerzeugung reduzierte, fein verteilte Kupfer, das dauernd einerseits mit der porösen Kohlenplatte — und damit auch mit dem Elektrolyten —, anderseits mit der Luft in Berührung steht, nimmt dieser Sauerstoff mit großer Begierde auf, wonach die gleiche Reaktion wie oben mit entsprechender Stromerzeugung aufs neue stattfindet.

Wie aus den vorstehenden Reaktionen hervorgeht, bleibt der Elektrolyt in seiner Zusammensetzung unverändert und braucht deshalb nicht erneuert zu werden, so daß die Kosten dafür wegfallen. Selbstverständlich bleibt dadurch auch die Menge des Elektrolyten immer unverändert.

Ferner ist aus den genannten Reaktionen ersichtlich, daß das metallische Zink in unlösliches Zinkoxyd umgewandelt wird. Dieses sammelt sich als schwerer Niederschlag auf der Zinkplatte. Das Endergebnis wird somit, daß die Zinkplatte während der Stromentwicklung allmählich oxydiert und durch eine Schicht aus Zinkhydrat ersetzt wird. Diese Schicht kann nach Abzapfung der Flüssigkeit leicht aufgenommen werden, worauf neue Zinkplatten zwecks weiterer Stromerzeugung in dem Element angebracht werden.

. Das angenommene Zinkhydroxyd kann entweder als solches für verschiedene Zwecke benutzt werden oder auch zwecks Herstellung von Zinkverbindungen mit hohem Handelswert, wie z. B. Oxyd (Malerfarbe Zinkweiß) oder Sulfat oder Chlorid o. dgl. verarbeitet werden, in welchen Verbindungen das Zink einen wesentlich größeren Handelswert als in metallischem Zustand besitzt. Dadurch werden auch die Kosten dieses Verbrauchsstoffes ausgeglichen.

Man kann selbstverständlich auch in elektrischen öfen oder in gewöhnlichen Brennöfen das Zink aus dem Hydroxyd durch Kohle reduzieren, wonach das reduzierte Zink zwecks Stromerzeugung nochmals in dem Element benutzt werden kann. Bei einem solchen chemi-.schen Kreislauf (Oxydation in dem Element ' mit darauffolgender Reduktion durch Kohle) bedeutet dieses Prinzip eine mittelbare Umwandlung der Wärmeenergie der Kohle in elektrischen Strom.

Schließlich kann die Reduktion des Zinks aus dem Hydroxyd auch elektrolytisch vor sich gehen, vorausgesetzt, daß genügend billiger elektrischer Strom hierzu vorhanden ist. In diesem Falle geht das hier beschriebene Prinzip

^; durch die teilweise Erhöhung der potentialen chemischen Energie von derjenigen des Zinkhydroxydes bis zu derjenigen des metallischen Zinks und umgekehrt in einen elektrischen Speicher (Alikumulator) über. Da schließlich die Depolarisation durch den Sauerstoff der Luft dauernd bewirkt wird, so fallen auch die Betriebskosten hierfür weg. Die Desoxydation

' und erneute Oxydation mit dem Sauerstoff der Luft ist vollkommen ununterbrochen und un-

^! veränderlich.

Die Kosten sämtlicher drei Verbrauchsstoffe sind somit durch die vorhandene Anordnung ganz aufgehoben oder wenigstens auf einen Mindestwert verringert.

Was ferner die Unkosten der Wartung und Unterhaltung der Batterie betrifft, so sind diese durch die Erreichung des unveränderlichen Elektrolyten in Verbindung mit der Verwendung des Sauerstoffes der Luft als Depolarisator gleichfalls auf einen Mindestwert herabgesetzt und beschränken sich hauptsächlich auf die mit der Erneuerung der Zinkelektrode und der Entfernung des Zinkhydrats verbun-

■ dene Arbeit. '

Zwecks Herstellung eines unveränderlichen Elektrolyten können auch andere Metalle als Zink oder andere Elektrolyte als Kochsalz verwendet werden.
Aus den obigen Gleichungen geht hervor,

: daßfolgendeBedingungenhierzunotwendigsind:

; i. daß das Säureradikal des Elektrolyten mit dem Metall des Elementes ein lösliches Salz bilde,

2. daß das Hydroxyd des positiven Radikals des Elektrolyten wasserlöslich sei, und

3. daß aus dem Metallsalz nach 1 von dem ; Hydroxyd nach 2 ein unlösliches Metallhydroxyd ' ausgefällt werde.

^: Es ist somit ersichtlich, daß, wenn das Metall des Elementes Zink ist, der Elektrolyt aus jedem derartigen löslichen Salz der Metalle Kalium und Natrium bestehen kann, dessen Säureradikale mit Zink ein wasserlösliches Salz bilden (wie z. B. die Sulfate, Chloride, Nitrate usf.), indem die Hydroxyde dieser Metalle wasserlöslich sind und aus den Zinksalzen das in dem Elektrolyten unlösliche Zinkhydroxyd Zn (O H)₂ ausfällen. Dagegen kann Zink nicht mit einem Ammoniumsalz als Elektrolyt kombiniert werden, denn obgleich die Hydroxylverbindung des Radikales NH₄ wasserlöslich ist, werden bekanntlich die Zinksalze dadurch nicht

gefällt, sondern es entstehen wasserlösliche -basische Zinkammoniumsalze, so daß der Elektrolyt in solchem Falle nicht unverändert bleibt. Beim Stromdurchgang wird aus diesen basischen Salzen das Zink allmählich in den Poren der positiven Polelektrode als unlösliches Oxyd (Hydroxyd) ausgefällt, wodurch die Poren verstopft werden und das Element binnen kurzem seine Wirkungsfähigkeit ganz verliert. In Verbindung mit Metallelektroden aus Zinn, Blei, Aluminium ο. dgl. können sowohl Kalium- und Natrium- als auch Ammoniumsalze verwendet werden, weil die löslichen Salze dieser Metalle sowohl durch Alkalihydrate als auch durch Ammoniak gefällt werden. Der Umstand aber, daß das Hydroxyd des Metalles gegebenenfalls

in einem Überschuß des Fällungsmittels löslich ist, ist für das vorliegende System belanglos.

Kalium-, Natrium- und Ammoniumsalze

ao werden überall in der nachstehenden Beschreibung unter der gemeinsamen Bezeichnung Alkalisalze einbegriffen,- ähnlich wird für ihre Hydroxyde oder Karbonate die gemeinsame Bezeichnung Alkalien benutzt: ~

In Verbindung mit einer Metallelektrode aus Eisen können sowohl Kalium- und Natriumais Ammoniumsalze benutzt werden. Jedoch ist mit Bezug auf die Zusammenstellung Eisen-Ammoniumsalz zu bemerken, daß bei der Stromerzeugung in erster Linie Eisenoxydulsalze entstehen, die bekanntlich in Gegenwart von Ammoniumsalzen nicht durch Ammoniak gefällt werden, sondern lösliche basische Salze verschiedener Zusammensetzung bilden. Jedoch kann auch mit dieser Zusammenstellung ■ein unveränderlicher Elektrolyt erreicht werden, wenn die· Luft freien Zutritt zu dem Elektrolyten hat, in welchem Falle das ammoniakaJische Ferrosalz zu unlöslichem Ferrihydroxyd oxydiert wird, und zwar unter Wiedererzeugung des ursprünglichen Ammoniumsalzes, beispielsweise nach der Gleichung:

2 Fe(NH₃)₂SO₄+ 5 H₂O +O =
2 (NH₄J₂SO₄+ 2 Fe (OH)₃.

Mit der Zusammenstellung Eisen-Ammoniumsalz in Verbindung mit einer entsprechenden luftdepolarisierenden Elektrode kann bei der praktischen Ausführung zwecks Erreichung eines unveränderlichen Elektrolyten ein verhältnismäßig kräftig wirkendes und haltbares Element erreicht werden. Dasselbe gilt auch in bezug auf Zinn in Kombination mit einem Ammoniumsalz; dieses Metall ist zwar ziemlieh teuer, anderseits aber kann es besonders leicht aus dem Hydroxyd wieder in metallischen •Zustand übergeführt werden. Überhaupt ist jedoch im allgemeinen Zink in Kombination mit einem Kalium- oder Natriumsalz anderen

ßo Kombinationen vorzuziehen.

Aus dem Obigen geht schließlich hervor, daß zur Erreichung eines unveränderlichen Elektrolyten bei galvanischen Primärelementen irgendwelche Elektrolyte aus Säuren oder Basen unverwendbar sind.

Als luftdepolarisierende Elektrode kann jede bis jetzt für diesen Zweck bekannte Konstruktion benutzt werden, jedoch, mit wesentlich geringerem Vorteil als die unten zu beschreibenden Konstruktionen.

Um eine effektive Luftsauerstoffdepolarisation zu erreichen, wird irgendeiner der für diesen Zweck bekannten vermittelnden Luftsauerstoffdepolarisationsstoffe, wie der Metalle Kupfer, Silber, Quecksilber, zweckmäßig in fein verteiltem Zustand, oder geeigneter Verbindungen dieser Metalle oder auch anderer geeigneter Metallverbindungen (wie z. B. Mangansauerstoffverbindung) oder schließlich im allgemeinen solcher Grundstoffe oder chemischer Verbindungen verwendet, die den Sauerstoff der Luft unter Bildung oxydierender (depolarisierender) Stoffe absorbieren oder die, nachdem sie von vornherein oxydiert gewesen sind, nach der Desoxydation unter Stromentwicklung durch Aufnahme von Luftsauerstoff wieder depolarisierende Eigenschaften erhalten. Durch Verwendung solcher vermittelnden Stoffe werden praktisch genommen konstante Ströme während unbegrenzter Dauer erhalten. Selbstverständlich sind diese Stoffe unter Berücksichtigung des Elektrolyten oder des Metalles, das in jedem einzelnen Fall zur Verwendung kommt, zu wählen. Sie sind deshalb zweckmäßig derart zu wählen, daß sie in dem Elektrolyten praktisch unlöslich sind, weil sie andernfalls an die negative Polelektrode (das lösliche Metall) diffundieren und dort schädliche örtliche Reaktionen hervorrufen können. Bei der Verwendung von Ammoniumsalzen ist es somit zweckmäßiger, eine Mangansauerstoff verbindung als eine darin lösliche Verbindung von Kupfer oder Silber o. dgl. zu verwenden.

Eine wichtige Bedingung für die Erreichung einer wirksamen und vollkommen dauerhaften Luftdepolarisation besteht, wie der Erfinder erkannt hat, bei der betreffenden Anordnung darin, daß der die Luftdepolarisation vermittelnde Stoff dauernd in möglichst inniger Berührung sowohl mit der porösen positiven Kohlenelektrode und dem in ihr befindlichen Elektrolyten, als auch mit der Außenluft steht. Zwecks Erreichung der bestmöglichen Wirkung in dieser Hinsicht ist in erster Linie der Höhenunterschied zwischen der Kohlenoberfläche oder dem darauf befindlichen depolarisationsvermittelnden Stoff und der Oberfläche des Elektrolyten, und ferner auch die Porosität der Kohle entsprechend zu wählen. Ist der genannte Höhenunterschied zu gering und die Porosität der Kohle zu groß, so wird die Flüssigkeitsschicht auf der Kohlenoberfläche (zufolge der

dort herrschenden starken Kapillarkraft) zu stark, mit dem Erfolg, daß die Teilchen des die Depolarisa.tion vermittelnden Stoffes mit Flüssigkeit ganz eingetränkt werden, so daß der freie Zutritt der Luft zu ihnen dadurch im wesentlichen verhindert wird. Ist dagegen dieser Höhenunterschied zu groß und die Porosität der Kohle zu gering, so wird die Kohlenoberfläche zu trocken und dadurch die Berührung mit ίο dem in den Poren befindlichen Elektrolyten weniger vollständig; außerdem wird die Leitungsfähigkeit der Elektrode beträchtlich herabgesetzt. Die Angabe genauer Ziffern oder Vorschriften zur Erreichung des zweckmäßigsten Ergebnisses unter verschiedenen Umständen ist nicht möglich, sondern die vorteilhafteste Ausführung ist in jedem einzelnen Fall praktisch zu ermitteln. Die vorstehend ausschließlich grundsätzlich beschriebene Anordnung zur Erreichung eines unveränderlichen Elektrolyten bewährt sich indessen in der Praxis wenig gut in technischer und ökonomischer Hinsicht.

Die Poren der in Fig. 1 dargestellten Scheibe aus poröser Kohle werden während des Betriebes des Elementes mit einem Elektrolyten, der zum größten Teil aus Alkali (oder Ammoniak) besteht, allmählich verstopft. Eine gegebene Folge hiervon ist, daß der Elektrolyt in dem Elementgefäß einen entsprechenden Überschuß des Salzes des Elektrodenmetalles enthält. Bei der Stromerzeugung wird daher das Metall dieses Salzes in oxydierter und unlöslicher Form in den Poren der Elektrode allmählich ausgefällt, wodurch diese allmählich verstopft werden. !

Diese Oxydbildung in den Kohlenporen kann '. aber leicht dadurch verhindert werden, daß dem ; Elektrolyten von vornherein eine geringe Menge , von Alkali, (oder Ammoniak) in Form des | Hydroxydes (oder Heber in Form des Karbona- j tes) zugesetzt wird. Es ist vom Erfinder prak- 1 tisch festgestellt worden, daß bei der Verwen- , dung eines vollständig neutralen Elektrolyten | die Kohlenscheibe nach Fig. 1 schon nach etwa \ einem halben Jahre einen Teil ihrer Leistungsfähigkeit verloren hatte, wogegen, wenn dem Elektrolyten eine gewisse Menge Alkali zugesetzt worden war, keine Metalloxydausfällung erfolgte und das Element mehr als drei Jahre ι ohne irgendwelche mittels elektrischer Meß- 1 instrumente erkennbare Herabsetzung der j Stromstärke ununterbrochen im Betriebe sein | konnte.

Die Gewichtsmenge Alkali, die zuzusetzen ist, ' hängt sehr von den Verhältnissen ab. Ein Beispiel einer zweckmäßigen Zusammensetzung des Elektrolyten ist: i

Kochsalz .:........ 150 g,

Natronhydrat 2,2 g,

Wasser 850 g.

Der Bedarf eines Zusatzes einer gringen Menge I von Alkali zum Elektrolyten beruht aber nicht ^! nur auf den oben angegebenen Verhältnissen, in-, dem auch andere Faktoren einen bedeutenden i Einfluß ausüben. Der Zusatz von Alkali ist aber j genau innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, ; da bei zu hohem Alkaligehalt das Element seine

Leistungsfähigkeit ganz oder teilweise verliert, ' während in dem entgegengesetzten Fall die I Oxydbildung nicht vollkommen verhindert wird. I Ein Zusatz von Alkalikarbonaten ist zweck-I mäßiger als ein Zusatz von Hydroxyden, weil die j im Kochsalz befindlichen Salze des Kalziums, 1 des Magnesiums usf., welche Niederschläge der j Oxyde oder Karbonate dieser Metalle in den

Poren der Kohlenelektrode verursachen, da-{ durch vollständig ausgefällt werden. Hierdurch , wird auch die Verwendung von gewöhnlichem j Rohsalz ermöglicht. Eine zweckmäßige Zu-. j sammensetzung ist

Rohsalz 150 g,

Kristallisierte Rohsoda ii- g, Wasser 850 g.

Aus dem obigen geht hervor, daß die praktische Verwendung und wirtschaftliche Ausführung des oben beschriebenen Elementes die Wiedergewinnung oder die wiederholte wirtschaftliche Ausnutzung und Verwertung des erzeugten Metallhydroxydes voraussetzen.

Es ist ferner zu bemerken, daß es zwecks Erreichung eines praktisch und wirtschaftlich brauchbaren galvanischen Primärelementes dieser Gattung notwendig ist, daß das Element vollkommen selbsttätig und dauernd arbeitet, beispielsweise ohne zusätzliche Einrichtungen zur Bewegung der Elektroden, ohne Umrührung des Elektrolyten, ohne Zuführung des Luftsauerstoffes mit Hilfe mechanischer Mittel usf., da jede solche Einrichtung sowohl in bezug auf Anlagekosten als in bezug auf Betriebs- und Wartungskosten im Verhältnis zu dem durch jedes einzelne Element erzeugten verhältnismäßig schwachen Strome zu teuer wird.

Damit überhaupt eine Wiedergewinnung oder wiederholte Verwendung des gebildeten Metallhydroxydes die sehr bedeutende Rolle spielen kann, die durch diese Erfindung beabsichtigt ist, muß das Element demnach zur Erzeugung verhältnismäßig großer Strommengen gebaut wer- no den.

Obgleich die oben beschriebenen nebensächlichen Einrichtungen oder Verfahren in chemischer und physikalischer Hinsicht für ein so beschaffenes Element von außerordentlich großer Bedeutung sind, haben jedoch durchgreifende praktische Versuche erkennen lassen, daß das Element für diesen Zweck ganz besonders angeordnet werden muß, und zwar auch in rein äußerer Hinsicht. Die in Fig, 1 dargestellte Anordnung ist in dieser Hinsicht, wie oben gesagt, weniger zweckmäßig. Es hat-sieh in der

Praxis als zweckmäßiger herausgestellt, die poröse Kohlenscheibe nach Fig. ι durch eine Elektrode ; zu ersetzen, bestehend aus Stücken elektrisch leitender (zweckmäßig poröser) Kohle, die zwecks Erreichung einesguten Kontaktes zwi- ■ sehen den Kohlenstücken einem geeigneten Druck auszusetzen sind. Ferner hat es sich als zweckmäßiger herausgestellt, anstatt einer auf dem Boden des Elementbehälters angebrachten

ίο Metallplatte eine Metallelektrode in Gestalt senkrecht aufgestellter, auf entsprechende Weise miteinander leitend verbundener paralleler Bänder zu verwenden. Ferner hat es sich zur Verhinderung der Verdunstung des Elektrolyten — und damit auch zur Verhinderung der Bildung von ; Klettersalzen, die nachteilig wirken — als not- , wendig erwiesen, das Element, oder wenigstens [ den größten Teil desselben, mit einem geeigneten j porösen Stoff zu bedecken, der, während er die Verdunstung des Elektrolyten im wesentlichen ■ verhindert, jedoch den atmosphärischen Sauerstoff gleichzeitig frei durchläßt.

Fig. 2 und 3 zeigen ein nach diesen und anderen Bedingungen gebautes Element. Fig. 2 ist ein senkrechter Längsschnitt und Fig. 3 ist ein senkrechter Querschnitt durch das Element. ^: Y ist der Behälter des Elementes, der zweck- ' mäßig rechteckig gestaltet ist, und zwar mit einer im Verhältnis zur Höhe großen wage-

rechten Fläche. Das Gefäß Y kann aus Holz, \ Ton, imprägniertem (wasserdichtem) Zement öder auch aus Metallblech, wie z. B. Eisenblech, oder aus anderen geeigneten Stoffen bestehen oder auch durch geeigneten Zusammenbau aus diesen Stoffen gebildet sein. Im vorliegenden Fan wird vorausgesetzt, daß das Gefäß aus Holz hergestellt ist, das, um das Aufsaugen des Elek- i trolyten in seine Poren und die damit zusammen- j hängende nachteilige Bildung von Klettersalzen j zu verhindern, im Innern oder auch auswendig mit einem entsprechenden Stoff, wie z. B. Paraffin, getränkt oder auch mit einem, geeigneten Schutzüberzug, (einer geeigneten Malerfarbe) j versehen ist, oder schließlich können erforder- :

liehe Teile des Gefäßes mit Blech oder dünnen I Blättern eines geeigneten Metalles, wie Eisen 0. dgl. bekleidet werden.

Die Längsseiten des Gefäßes sind oben mit ! inneren Einschnitten versehen, wie aus Fig. 3 j

hervorgeht,-auf deren Grundflächen ein recht- [ eckiger Rahmen I mit Hilfe oberer seitlich her- ! ausragender Vorsprünge ruht. Dieser Rahmen kann aus demselben Stoff wie der äußere Behälter (das Elementgefäß) Y hergestellt sein; zweckmäßig aber besteht er aus Holz, das in diesem Falle keine besondere Behandlung erfordert.

Im unteren Teile des Rahmens I sind dünne i Holzleisten 5 eingelassen, die zweckmäßig dicht nebeneinander verlegt sind, so daß sie ein Gitter bilden. Dieses Gitter kann, obschon im allgemeinen mit geringem Vorteil, durch durchbrochene oder poröse Platten aus anderen Stoffen, wie z. B. Netze aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall, gelochte Platten aus Ebonit, Glimmer, Holz oder einem geeigneten indifferenten Metall, oder Asbest oder Zellstoff-. platten oder schließlich durch Netzwerke aus Bast oder anderen Zellstofffasern ersetzt werden.

Auf diesem Gitter ruht eine Schicht, bestehend aus Stücken K aus elektrisch leitender Kohle, deren Größe derart gewählt ist, daß sie nicht zwischen den Gitteröffnungen durchdringen können. Auf dieser durch größere Kohlenstücke gebildeten Schicht kann zweckmäßig eine Schicht kleinerer Kohlenstücke K angeordnet sein, deren Größe der Größe von kleinerem Schrot entspricht. Die Kohlenstücke können aus irgendwelcher geeigneten elektrisch leitenden Kohle, beispielsweise aus in bekannter Weise hergestellter Elektrokohle oder auch aus Graphit oder schließlich aus sogenannter Gaskohle oder sogar aus zweckmäßig ausgesuchtem, elektrisch* leitendem Koks bestehen: Jedoch sollen die zu oberst liegenden kleineren Stücke der Schicht zweckmäßig aus gut leitender und vorteilhaft auch poröser Elektrokohle bestehen. Es empfiehlt sich, die Kohlenstücke vor ihrer Einbringung in den Rahmen mit einem Elektrolyten, beispielsweise von der oben angegebenen Beschaffenheit, zu tränken.

Auf die Schicht der Kohlenstücke ist eine gleichmäßige Schicht aus Kupferoxyd oder auch eine Schicht aus irgendeinem anderen der oben genannten Stoffe aufgestreut, die imstande sind, auf eine möglichst wirksame Weise die Depolarisation durch den Luftsauerstoff zu vermitteln. Bei der Verwendung von Kupferoxyd oder feinverteiltem Kupfer ist eine Gewichtsmenge davon erforderlich, die etwa 2 g auf das Quadratdezimeter beträgt.

Auf der Kohlekörnerschicht ruhen ferner Scheiben oder Stangen C aus elektrisch leitender Kohle oder Graphit, die auf gewissem Abstand von einander angeordnet sind. Auch diese Scheiben sollen zweckmäßig eine gewisse Porosität besitzen. Zweckmäßig werden die Scheiben parallel zu den Stirnseiten des äußeren Gefäßes angebracht.

Im oberen Teil des Rahmens I sind Eisenbänder δ eingelegt, die durch Schrauben festgehalten werden und die zweckmäßig mit Nickel oder einem anderen geeigneten Metall überzogen sind. Auch diese Ränder sind parallel zu den Stirnseiten des äußeren Gefäßes angeordnet. Auf der unteren Seite dieser Eisenbänder sind durch Löten oder Nieten Federn F aus elastischem Metall, wie z. B. Stahl oder Messing, befestigt.

Diese federnden Beschläge sind derart angeordnet, daß sie beim Einschrauben der Eisenbänder- in das Rahmengestell mit einer großen

Fläche gegen die oben beschriebenen Kohlenstangen anliegen, so daß beim Einschrauben der Eisenbänder in den Rahmen ein guter Kontakt zwischen ihnen und den Kohlenscheiben erreicht wird. Dadurch wird gleichzeitig zufolge des durch die Kohlenstücke ausgeübten Druckes ein guter gegenseitiger Kontakt zwischen den letzteren erreicht. Diese Federn sind zweckmäßig an den Berührungsstellen mit einem ίο dünnen Überzug aus Silber oder einem, anderen geeigneten Metall oder auch mit aufgelöteten dünnen Platten solchen Metalles versehen.

Die Eisenbänder sind miteinander durch Leisten oder Drähte C¹ aus Kupfer, Eisen oder Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall verbunden, deren Verlängerungen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, sich außerhalb des Elementes- erstrecken und seinen positiven Pol bilden.

ao Oben in der inneren Seite der Längswände des Elementgefäßes sind ferner verhältnismäßig untiefe Einschnitte vorgesehen, in denen zweckmäßig rechteckige Stangen« aus Holz oder einem anderen Stoff eingelegt sind. Auf diesen Stangen als Unterlage ist ein poröser Deckstoff, wie z. B. poröse Pappe, verfilzter Zellstoff oder Asbest oder auch eine dünne Platte aus porösem Holz ο. dgl. angebracht. Es hat sich gezeigt, daß diese Decke aus porösem Stoff die Verdunstung und die Bildung von Klettersalzen usf. beträchtlich verhindert,. gleichzeitig jedech den freien Zutritt und die depolarisierende Wirkung des Luftsauerstoffes nicht merkbar hemmt. Diese poröse Decke ist nach Fig. 2 und 3 derart gestaltet, daß sie hauptsächlich die Verdunstung von der Schicht der Kohlenstücke innerhalb des Rahmens verhindert, sie kann aber-selbstverständlich auch derart angebracht werden, daß sie auch den Elektrolyten außerhalb des Rahmens, d.h. das ganze Element, überdeckt, in welchem Falle Aussparungen in der Deckanordnung vorgesehen werden, und zwar zur Durchführung der Leitungsdrähte, ferner zur Aufnahme des unten beschriebenen Rüttelapparate und schließlich zur Aufnahme von Einrichtungen zum Füllen und Entleeren des Elementes usf.

Es sei angenommen, daß die positive Elektrode aus Zink besteht, das zweckmäßig amalgamiert sein soll. Z bezeichnet die senkrecht stehenden Zinkplatten, die zweckmäßig eine Stärke von i,5 bis 2,5 mm haben und in deren beiden Enden Öffnungen vorgesehen sind, durch die Stangen r (siehe Fig. 3) aus Eisen oder einem anderen geeigneten Metall geführt sind.

Fig. 4 bis 6 stellen ein Beispiel einer zweckmäßigen Zusammenstellung dieser Zinkplatten (Bänder oder Leisten) mit deren Hilfsvorrichtungen dar. Fig. 4 ist ein wagerechter Schnitt durch das Zinkelektrodensystem, währendFig. 5 ein senkrechter Schnitt desselben durch die Längsachse der durchgehenden Metallstangen: ist. Die auf die Metallstangen r aufgeschobenen Zinkbänder Z werden durch Drahtspiralen α aus elastischem Metall, wie z. B. Stahl oder Messing, in zweckmäßigen und gleich großen Abständen voneinander gehalten. Die Metallstangen sind an ihren Enden mit Gewinde versehen, die zur Aufnahme zweckmäßig aus Eisen bestehender Muttern m dienen. Die beiden äußersten Zinkbänder sind durch stärkere Bänder aus einem anderen geeigneten Metall, das in dem Elektrolyten in Berührung mit Zink indifferent ist, wie z. B. Eisen, ersetzt. Beim Anziehen der Muttern werden die Spiralfedern s zusammengedrückt, so daß der dadurch erzeugte Druck zwischen ihnen und -den Zinkstreifen oder zwischen ihnen und den Eisenbändern einen -guten Kontakt zwischen den Zinkleisten oder Eisenbändern und den sämtlichen übrigen Teilen des Komplexes gewährleisten. Sämtliche eisernen Teile sollen zwecks Erreichung des bestmöglichen Kontaktes an allen Kontaktstellen zweckmäßig verzinnt oder vernickelt oder auch mit einem anderen zu diesem Zwecke geeigneten Metall überzogen sein.

Wenn das Element in Betrieb ist, so überziehen sich die Flächen der Zinkplatte mit einer Schicht aus Zinkhydroxyd. Wenn diese Schicht eine gewisse Stärke erreicht hat, wird der freie Zutritt des Elektrolyten zu den Oberflächen der Zinkplatten wesentlich verhindert, wodurch der Strom schwächer wird. Um diese Verringerung· der Stromstärke zu vermeiden, kann die Elektrode einer Schüttelung ausgesetzt werden, so daß Zinkhydroxyd losgemacht wird und auf dem Boden des Behälters abfällt.

Es empfiehlt sich, auf dem Zinkelektrodenkomplex eine Anordnung zu verwenden, durch welche eine solche Schüttelung von außen auf einfache Weise vorgenommen werden kann. Bei ununterbrochener Stromerzeugung ist eine solche Schüttelung etwa zweimal jeden Monat vorzunehmen.

Ferner muß genügender Raum zur Aufnahme des herabfallenden Zinkhydroxyds zwischen den Zinkelektroden und dem Boden des Elementbehälters vorhanden sein, so daß das erzeugte Zinkhydroxyd bis zur vollständigen Ausnutzung der Zinkelektrode darin Platz erhält. Die Zinkelektrode wird zu diesem Zweck in einem gewissen Abstand vom Boden des Elementgefäßes angebracht. Dies kann zweckr mäßig dadurch erfolgen, daß, wie aus Fig.6 ersichtlich ist, an entsprechenden Stellen zwischen den Zinkstreifen StützenF, V₁ angebracht werden, die zweckmäßig kegelförmig gestaltet sind, und zwar mit abwärts gerichteter Spitze. Diese Stützen sind oben abgeplattet oder eben geschliffen und senkrecht zu den ebenen, parallelen Flächen mit genügend großen Löchern versehen, um, auf die Rundeisen r. aufgeschoben werden

zu können und dadurch als Ersatz für die Spirale dienen. Die Stützen werden zweckmäßig, wie die Zeichnungen darstellen, derart angebracht, daß ein erstes Paar V zu äußerst am einen Ende der Zinkelektrode, ein anderes Paar V₁ am anderen Ende und ein drittes Paar V nahe der Mitte der Elektrode festgeschraubt wird. Die Stützen V sind alle so lang gewählt, daß sie den Boden des Elementgefäßes berühren, während

ίο das mit V₁ bezeichnete Paar, das dem mittleren Paar am nächsten liegt, etwas kurzer ist. Durch hin und wieder ausgeübten abwärts gerichteten Druck auf die Bandeisen B kann also eine Rüttelbewegung der. Zinkelektrode erreicht werden. Die Stützen, die zweckmäßig aus Eisen hergestellt sein können, sollen wie die Spiralen auf ihren ebenen Kontaktflächen einen Überzug aus Zinn, Nickel oder einem anderen Metall besitzen.

Um die Schüttelung von außen bequem ausführen zu können, ist die Elektrode mit einer entsprechenden Schüttelvorrichtung versehen. Eine geeignete Konstruktion dieser Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. B ist das Bandeisen, in dessen Mitte ein entsprechend gestaltetes Stück h aus einem geeigneten Metall, wie z. B. Eisen, zweckmäßig durch Löten befestigt ist. Mit diesem Stück ist ferner, wie die genannte Figur darstellt, eine Stange L auf ähnliche Weise verbunden, die zweckmäßig ebenfalls aus Eisen besteht und aus der Zelle in den Zwischenraum zwischen dem Rahmen I und dem äußeren Behälter Y austritt, wobei die Stange oberhalb des Randes des letzteren rechtwinklig umgebogen ist und an dem Ende ihrer wagerechten Verlängerung einen Handgriff H besitzt, durch dessen wiederholte Abwärtsbewegung eine Schüttelung des Zinkelektrodenkomplexes somit leicht erreicht werden kann.

Da die Stange L selbstverständlich gleichzeitig auch als elektrische Ableitung für die Zinkelektrode dienen kann, so ist es nur erforderlich, eine Klemmschraube N auf ihr anzubringen, die somit die negative Polklemme des Elementes bildet.

Die Verbindung mehrerer Elemente miteinander kann einfach derart erfolgen, daß der positive Poldraht B eines Elementes an die negative Polklemme IV eines benachbarten EIementes angeschlossen wird.

Bei der Verwendung des Elementes für Beleuchtungszwecke empfiehlt es sich, in dasselbe eine so große Menge eines löslichen Metalles (Zink) einzubringen, daß es für ein oder gegebenenfalls zwei Jahre genügt. Nachdem das Zink im wesentlichen in Hydroxyd umgewandelt worden ist, wird der Rahmen I und der Zinkelektrodenkomplex herausgenommen, worauf der Elektrolyt mittels eines Hebers 0. dgl. entfernt und das Zinkhydroxyd dann auf beliebige Weise aufgenommen wird, um auf die eine oder andere Weise verwertet "zu werden. Die- Erneuerung des Elementes wird dann einfach derart ausgeführt, daß der mit neuen Zinkleisten versehene Komplex samt dem Rahmen ■ mit seinem Inhalt _:— diese Teile sind praktisch un- -zerstörbar ■— wieder auf ihren Platz gebracht werden, worauf der Elektrolyt wieder eingepumpt wird. Da jedoch ein Teil des letzteren zusammen mit dem hier ausgenommenen .Hydroxyd verloren geht (durch Auspressen des letzteren kann jedoch der größere Teil des Elektrolyten wiedergewonnen werden), so muß dieser Teil des Elektrolyten selbstverständlich durch eine entsprechende Menge eines Elektrolyten derselben Zusammensetzung wie der ursprüngliche Elektrolyt ersetzt werden.

Wenn die Kohlenstücke aus Koks gewöhnlicher Porosität bestehen, so empfiehlt es sich," ^% _; einen Höhenunterschied zwischen der Ober= fläche der Kohlenschicht und derjenigen des Elektrolyten von 3 oder 4 cm zu wählen.

Es ist einleuchtend, daß trotz der Anbringung der porösen Decke eine gewisse Verdunstung doch unvermeidlich ist, und daß das verdampfte Wasser ersetzt werden muß.. Dies braucht jedoch nicht häufiger zu erfolgen als einmal jeden Monat und kann mit jeder hierfür geeigneten Einrichtung ausgeführt werden.

Es ist schließlich zu bemerken, daß ein gewissermaßen unveränderlicher Elektrolyt auch durch andere galvanische Kombinationen als die oben beschriebenen erreicht werden kann. Es ist beispielsweise vorgeschlagen worden, in Kombination mit dem Sauerstoff der Luft als depolarisierendem Mittel gewisse Gase zu verwenden, wie z. B. Wasserstoff, schweflige Säure, Kohlenoxyd, Kohlenwasserstoffe usf. Ferner gibt die bekannte Kombination Zink-Chlor ebenfalls in gewissem Maße einen unveränderlichen Elektrolyten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch diesen bekannten galvanischen Kombinationen gegenüber grundwesentlich verschieden. Jene Kombinationen — sogenannte »Gaselemente« — erfordern nämlich immer besondere Einrichtungen zur Zuführung des Gases, während ein Element nach dieser Erfindung vollkommen von selbst arbeitet.

Ein weiteres besonderes Kennzeichen der Erfindung" gegenüber den oben genannten Kombinationen besteht darin, daß das Metall, das hier als negative Polelektrode dient, bei der Stromentwicklung in ein in dem Elektrolyten unlösliches Hydroxyd übergeht, das, wie oben gesagt, aufgesammelt wird, um nach etwa erforderlicher, entsprechender Behandlung für einen oder anderen Zweck verwertet zu werden.

Claims (12)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Galvanisches Primärelement, bestehend aus einer elektropositiven, mittels Luftsauerstoff selbsttätig depolarisierend wirkenden

   porösen Polelektrode, auf deren in Berührung mit der Luft stehender Oberfläche ein die Luftsauerstoffdepolarisation hervorbringender und vermittelnder Stoff angebracht ist, einer elektronegativen, aus Metall bestehenden Polelektrode und einem Elektrolyten, bestehend aus einer Lösung eines Salzes eines Alkalimetalles oder eines Ammoniumsalzes, wobei das Elektrodenmetall

   ίο und das Elektrolytsalz mit Bezug aufeinander derart gewählt wird, daß das Säureradikal des Salzes mit dem Metall ein lösliches Salz bildet, aus dem das Hydroxyd des Metalles durch das lösliche Hydroxyd des positiven Radikals des Elektrolytsatzes ausgefällt wird, zum Zwecke, einerseits einen in seiner Zusammensetzung unveränderlichen ( - Elektrolyten zu erhalten, anderseits das Metall in ein in dem Elektrolyten unlösliches Hydroxyd umzuwandeln, so daß das Metall in oxydierter Form leicht wiedergewonnen und auf entsprechende Weise wirtschaftlich verwertet werden kann.
2. 2. Ausführungsform des Elements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der positiven luftdepolarisierenden Polelektrode sowie der Höhenunterschied zwischen der Oberfläche der luftdepolarisierenden Elektrode und der Oberfläche des Elektrolyten derart gewählt sind, daß der auf dieser Fläche angebrachte, die Luftdepolarisation vermittelnde Stoff einen guten Kontakt sowohl mit der porösen Elektrode und dem von ihr aufgesaugten

   Elektrolyten als auch mit der atmosphärischen Luft hat. ^:
3. 3. Galvanisches Primärelement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus einem Alkalisalz mit einem ^!

   Zusatz des Hydroxyds oder Karbonates von Kalium oder Natrium besteht.
4. 4. Galvanisches Primärelement nach An- , spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der ; Elektrolyt aus einem Ammoniumsalz mit einem Zusatz von Ammoniak oder Ammo- : niumkarbonat besteht. j
5. 5. Galvanisches Primärelement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronegative Metallelektrode aus Zink, Eisen, Zinn oder Aluminium und der Elektrolyt aus einem Salz des Kaliums oder Natriums, zweckmäßig mit einem Zusatz ' des Hydroxyds oder Karbonates derselben Metalle besteht.
6. 6. Galvanisches Primärelement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,, daß die '. elektronegative Metallelektrode aus Eisen, Zinn oder Blei und der Elektrolyt aus einem" Ammoniumsalz, zweckmäßig mit einem Zusatz von Ammoniak oder Ammoniumkarbonat besteht.
7. 7. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronegative Metallelektrode aus Zink und der Elektrolyt aus einer Lösung von Kochsalz, zweckmäßig mit. einem Zusatz - des Hydroxyds oder Karbonates des Kaliums oder Natriums besteht-.
8. 8. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweckmäßig aus senkrecht gestellten, parallelen Platten oder Leisten ausgeführte Metallelektrode zwecks Losmachens des auf ihr abgelagerten Hydroxyds mit einer von außen zu bewegenden Einrichtung versehen ist. ·
9. 9. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 8, dadurch "gekennzeichnet, daß die Elektrode mit Beinen verschiedener Länge und mit einer außerhalb des Elementes sich erstreckenden Verlängerung versehen ist, die von Hand bewegt werden kann, um der Elektrode, wenn erforderlich, eine Schüttelbewegung zu erteilen.
10. 10. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element vollkommen oder im wesentlichen mit einer porösen Decke überdeckt ist, die die Verdunstung des Elektrolyten des Elements verhindert, gleichzeitig aber den freien Zutritt der Luft zu der luftdepolarisierenden Elektrode gestattet.
11. 11. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis g, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdepolarisierende Elektrode aus einem in einem wagerechten Rahmen mit durchlöchertem oder porösem Boden angebrachten Lager aus poröser stückförmiger Kohle besteht, auf deren in Berührung mit der Luft stehender Oberfläche eine zweckmäßig in dem Elektrolyten unlösliche oder schwerlösliche Sauerstoffverbindung eines Metalles mit wechselnder Wertigkeit, wie

    . z. B. Kupfer, Silber, Quecksilber, Mangan usw., angebracht ist.
12. 12. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Rahmen untergebrachten Kohlestücke durch mittels Federn o. dgl. abwärts gepreßte Stangen oder Leisten aus Kohle oder einem andern elektrisch leitenden Material überdeckt sind, die gleichzeitig als Stromableiter bei der depolarisierenden Elektrode dienen.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen.