AT274088B - Elektrischer Akkumulator - Google Patents

Description

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  Elektrischer Akkumulator 
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   EnergieWenn man das erfindungsgemässe System an einen äusseren Widerstand anschliesst, kommt es wäh- rend des Entladungsprozesses zu einer Passage von elektrischen Ladungen, weil das Kathodenmetall in
Ionenform in die Lösung eintritt, wobei es Elektronen an der Elektrode hinterlässt, während das aufge- löste Anodenelement (X), im Kontakt mit der indifferenten Elektrode, die Elektroden übernimmt, also in Ionenform übergeht, und schliesslich mit dem Metallion regaiert und das Salz bildet. Während der Entladung wird also der Elektrolyt mit dem Metallsalz angereichert. 



   Wenn das System an eine EMK-Quelle angeschlossen wird,   d. h.   während des Aufladeprozesses, wird die Kathode mit einer Schicht des aufgelösten Metalls bedeckt, während die aufgelöste Anode, die mit der indifferenten Elektrode in Kontakt steht, die positive Ladung aufnimmt und dadurch wieder zu einem elektrisch neutralen Element wird. 



   Die Verwendung einer löslichen Kathode (Elektrode erster Klasse) erlaubt es, fast die gesamte aktive negative Masse auszunutzen, während das Vorhandensein der sich im Elektrolyten befindenden, aufgelösten aktiven positiven Masse deren totale Ausnutzung ermöglicht. 



   Um die Bildung von Dichtigkeitsgradienten, die während des Ladeprozesses durch verschieden starke Ablagerungen an der Kathode zu deren Verformung führen könnten, im Elektrolyten auszuschliessen, kann dieser bewegt werden. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform können an der vertikalen Aussenfläche   des Akkumulatorbehälters mehrere Röhrchen verlaufen,   die die untere Hälfte einer jeden Zelle mit ihrer oberen verbinden und in die ein elektrischer Widerstand eingebaut ist, der den Elektrolyten erwärmt und durch   die erzeugten Temperaturunterschiede bewegt (Konvektions-System).

   Bei   einer   andern Ausführungs-   form sind die in einem Behälter angeordneten Zellen von parallelen vertikalen Platten, die mindestens zum Teil aus dem Metall der Kathode bestehen, begrenzt, welche Platten jeweils einseitig mit dem als indifferente Elektrode dienenden Material beschichtet sind, wobei der die Zellen nur teilweise ausfüllende Elektrolyt durch Drehen des Behälters ausser Kontakt mit der Kathode bewegbar ist. Schliesslich können eigene Systeme vorgesehen werden, die vermeiden, dass die Flüssigkeit während der Ruhezeit des Akkumulators mit der negativen, löslichen Elektrode in Kontakt bleibt.

   Zum Beispiel kann ein mit der Zelle verbundener Raum zur Aufnahme des Elektrolyten während der Ruhezeit vorgesehen sein, in welchem Raum ein Körper mit von aussen veränderbarem Volumen angeordnet ist, mit welchem der Elektrolyt in Kontakt mit den Elektroden verdrängbar ist. 



   Beispiel : Ein Beispiel eines erfindungsgemässen Akkumulators wird durch den Gebrauch der Voltaschen Zink-Jod-Zelle geliefert. Ein elektrischer Zink-Jod-Akkumulator setzt sich aus Zellen zusammen, deren jede aus einer Zinkkathode einer wässerigen Lösung von Zinkjodid einer Anode aus Jod besteht, die sich in aufgelöstem Zustand im Elektrolyten befindet. 



   Der Stromkreis wird durch das Eintauchen einer indifferent sich verhaltenden Elektrode, vorzugsweise aus Graphit, in den Elektrolyten geschlossen. Das elektrochemische Schema ist folgendes : 
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 und der elektromotorische Prozess findet gemäss den folgenden reversiblen Reaktionen statt : 

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 mulierbaren Energie beträgt unter Berücksichtigung der aktiven anodischen und kathodischen Massen allein, 206 Wh/kg. Der praktische Wert der spezifischen, akkumulierbaren Energie beläuft sich auf etwa 150 Wh/kg. 



   Die Zeichnungen stellen schematisch und beispielhaft einzelne Ausführungsformen des erfindungsgemässen Akkumulators dar. Fig. l zeigt ein Schema einer Akkumulatorzelle, Fig. 2 einen Zink-Jod-   Akkumulator ; Fig. 3   stellt schematisch eine Zelle mit einem durch Temperaturunterschiede hervorgerufenen Kreislauf dar ; und Fig. 4 zeigt schematisch eine Zelle mit einem pulsierenden Bewegungssystem. 



   Wie aus Fig. l ersichtlich, besteht der Akkumulator aus einem Kasten --1--, der einen Elektrolyten -   enthält,   der aus der Lösung eines Metallsalzes (MeX) in Wasser besteht und in welchem auch die aus dem salzbildenden Element (X) bestehende Anode gelöst ist. Im Elektrolyten --2-- sind eine Kathode --3--, die aus dem Metall (Me) des Elektrolytsalzes besteht, und eine indifferente   Elektrode--4-   eingetaucht. 



   Im Falle eines Zink-Jod-Akkumulators besteht das Metall (Me) aus Zink (Zn) und das salzbildende Element (X) ausjod (J2). Als Elektrolyt --2-- dient hiebei also eine Lösung von Zinkjodid in Wasser und als Anode das Element Jod, im Elektrolyten gelöst. 



   Wie in Fig. 2 dargestellt ist, werden die Zellen des Zink-Jod-Akkumulators in einem Plastikkasten   -   miteinander zu einer Batterie verbunden, wobei sich in dem Plastikkasten mehrere Zinkplatten - befinden, die untereinanderparallel und in ausreichender Entfernung voneinander angeordnet sind, um denDurchfluss der   wässerigenFlüssigkeit   zu   ermöglichen ; Trennwände-n--halten   die Platten fest und verhindern den Durchfluss des Elektrolyten von einer Zelle zur andern. Eine der beiden Seiten einer jeden Platte --3-- ist mit Graphit --4-- bedeckt, das die indifferente Elektrode darstellt.

   Der Behälter - ist mit einer wässerigen Flüssigkeit gefüllt, die in diesem Fall aus einer Zinkjodid-Jod-Lösung besteht, die den Behälter allerdings nicht ganz ausfüllt, da dessen oberer Teil leer bleibt, um die gesamte, sich zwischen den Platten befindliche wässerige Flüssigkeit aufzunehmen, wenn der Kontakt zwischen der Elektrodenoberfläche aus Zink und   der Zinkjodid-Jod-Lösung   unterbrochen werden soll, um das Auftreten einer Korrosion zu vermeiden. Dies kann sehr einfach dadurch geschehen, dass der Akkumulator auf den Kopf gestellt wird. Ein derart konzipierter Akkumulator besitzt kein grosses Gewicht, da weder jede Zelle ihren speziellen Kasten besitzt noch eine   Polbrücke   notwendig ist. 



   Um den Kreislauf des Elektrolyten während des Lade- und Entladeprozesses sicherzustellen, welcher 
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 angebracht, die die untere Hälfte eines jeden Elementes mit seiner oberen Hälfte verbinden. In den Röhrchen --5-- befinden sich ein elektrischer Widerstand--6--, der den Elektrolyten erwärmen und ihn durch Temperaturunterschiede in Bewegung bringen soll (Konvektions-System). 



   Das System, das darin besteht, den Akkumulator zur Unterbrechung des Kontakts zwischen der Elektrodenoberfläche und der   Zinkjodid-Jod-Löslmg   ganz einfach auf den Kopf zu stellen, um damit   den Elektrolyten --2-- in   den   freienRaum--7-eines jeden Kastens   zu bringen, könnte in einigen FJllen unrealisierbar sein. Um den Kontakt des Elektrolyten mit den Platten während der Ruhezeiten des Akkumulators zu vermeiden und um Bewegung in den Elektrolyten zu bringen, sieht die Erfindung einen leeren   Raum-8-unter   jeder Zelle vor, der den Elektrolyten, der zur elektrochemischen Reaktion des Auf- und Entladens notwendig ist, aufnehmen kann (s. Fig. 4). In diesen leeren Räumen befindet sich jeweils eine   Plastiktasche --9--,   die von aussen aufgeblasen werden kann.

   Wenn diese   Taschen ^   leer sind, sind die sich unterhalb der Zellen befindenden   Räume --8-- mit   dem Elektrolyten gefiillt, so dass dieser keinen Kontakt mehr mit den darüber liegenden Platten --3-- aufweist. Wenn die Taschen - dagegen mit Luft aufgeblasen werden, muss die Flüssigkeit in die Zellen emporsteigen. Durch eine pulsierende Bewegung der Taschen --9-- wird die Flüssigkeit bewegt und dabei zugleich deren ständige Mischung hervorgerufen, wodurch die Bildung von Dichtigkeitsgradienten vermieden wird. Die Luft wird von aussen mit Hilfe einer elektrischen Kolben-oder Rotationspumpe konventionellen Typs und von sehr kleinen Ausmassen hereingepumpt. Auf diese Weise braucht der Akkumulator nicht belegt zu werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrischer Akkumulator von hoher spezifischer Energie und Stärke, mit einer wässerigen Lösung als Elektrolyten, wobei die aktiven anodischen und kathodischen Substanzen einen hohen Ausnutzungskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle eine Metallkathode (3), einen Elektrolyten (2), der sich aus einer wässerigen Lösung eines Salzes des Kathodenmetalls zusammensetzt und in dem das Metall der Kathode löslich ist, und eine Anode umfasst, die aus jenem Element besteht, mit welchem das Metall der Kathode unter Bildung des im Elektrolyten enthaltenen Salzes gebunden ist, und sich in aufgelöstem Zustand im Elektrolyten (2) befindet, wobei der Stromkreis durch eine in den Elektrolyten eingetauchte, indifferente Elektrode (4), die der Kathode (3) gegenüberliegt bzw.

   mit der Kathode der benachbarten Akkumulatorzelle unmittelbar verbunden ist, geschlossen ist.

   2. Akkumulator nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Behälter (1) angeordneten Zellen von parallelen vertikalen Platten (3, 11), die mindestens zum Teil aus dem Metall der Kathode bestehen, begrenzt sind, welche Platten jeweils einseitig mit dem als indifferente Elektrode (4) dienenden Material beschichtet sind, wobei der die Zellen nur teilweise ausfüllende Elek- EMI4.1 Aussenfläche des Behälters (1) mehrere Röhrchen (5) verlaufen, die die untere Hälfte einer jeden Zelle mit ihrer oberen verbinden und in die ein elektrischer Widerstand (6) eingebaut ist, der den Elektroly- EMI4.2 nach Anspruch l, gekennzeichnet durch einen mit der Zelle (l) verbun-denen Raum (8) zur Aufnahme des Elektrolyten (2) während der Ruhezeit des Akkumulators, in welchem Raum ein Körper (9)

   mit von aussen veränderbarem Volumen angeordnet ist, mit welchem der Elektrolyt (2) in Kontakt mit den Elektroden (3, 4) verdrängbar ist.

   5. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle aus einer Zinkkathode, einer wässerigen Lösung aus Zinkjodid und einer Anode aus Jod besteht, die sich in aufgelöstem Zustand im Elektrolyten befindet, wobei der Stromkreis durch das Eintauchen einer indifferent sich verhaltenden Elektrode, vorzugsweise aus Graphit, in den Elektrolyten geschlossen ist.