CH180780A - Galvanisches Element, insbesondere elektrischer Sammler. - Google Patents

Description

      Galvanisehes    Element, insbesondere elektrischer Sammler.    Um aus     Akkumulatorenzellen    den nach  Ladung durch     Nachgasung        entweichenden     Wasserstoff und Sauerstoff zu binden und  als Wasser in die Zellen zurückzuführen, ist  vorgeschlagen worden, diese Gase durch Ka  talysatoren, die der Platingruppe angehören,  zu verbrennen.  



  Auf diesem Wege ist eine Verbrennung  immer     mit    der Gefahr der Entzündung, also  explosionsartiger Vereinigung verbunden, und  die Gasmengen können stets nur im     äqui-          molekularen    Verhältnis verbrannt werden.  Ein solches Verhältnis liegt aber bei der       Nachgasung    praktisch niemals vor. Es ist  auch bereits vorgeschlagen worden, die Gase  auf elektrischem Wege zu beseitigen.  



  Dieser Weg erfordert sehr grosse Elek  troden, die schwer zu beschaffen sind, da eine  Gaskette, die den Wasserstoff und Sauer  stoff ionisiert und beide in ,den Elektrolyten  zurückführt, nur an der Berührungsstelle  von Gas und Elektrolyt     wirksam        sein    kann.    Bei dem galvanischen Element, insbeson  dere elektrischen Sammler, nach der Erfin  dung mit     flammenloser    Beseitigung der ent  stehenden Gase werden .diese Nachteile da  durch     behoben,    dass chemisch aktive Körper  vorhanden sind, welche die Gase im wesent  lichen ohne     lonenreaktion    mit dem Elektro  lyten unter     Bildung    chemischer Verbindun  gen absorbieren.

   Es ist zweckmässig, solche  chemisch aktive Körper zu verwenden, die  bei der Absorption der Gase solche Verbin  dungen erzeugen, welche durch Elektrolyse  wieder in das Ausgangsmaterial zurückver  wandelt werden können. Vorteilhaft ist es  auch, die zur Absorption gelangenden Gase  durch Katalysatoren zu aktivieren, welche  vorzugsweise in feinverteiltem Zustande in  den chemisch aktiven Körpern enthalten  und insbesondere in     Form    von Lösungen ein  verleibt sind.  



  Am besten eignen sich zu dieser Absorp  tion der Gase die positiven und negativen  Massen des Akkumulators selber     unter    even-           tuellen    Zusatz von Katalysatoren, da so am       einfachsten    die     aufgebrauchte        Ogydations-          und        Reduktionsenergie    bei der     Aufladung          wieder    regeneriert werden kann. Zu diesem  Zwecke kann man die chemisch     aktiven    Kör  per     elektrodenförmig    gestalten und mit  Stromzuführungen versehen.

   Man kann die  aktiven     Körper    in Form von Hilfselektroden  anordnen, und zwar derart, dass .diese Hilfs  elektroden aus dem Elektrolyten heraus  nehmbar sind. Man kann aber auch die  Hauptelektroden des galvanischen Elemen  tes in ihren obern     Teilen    als Absorptions  körper     ausbilden.    Immer ist dafür zu sorgen,  dass während der Zeit der Gasbildung und       gleichzeitigen        Absorption    die Absorptions  körper aus dem Elektrolyten herausragen,  was     zum    Beispiel dadurch bewirkt werden  kann, dass man dem     Sammler    nach Ladung  Elektrolyt entnimmt und vor     Aufladung     wieder einfüllt.

   Auch ohne     künstliche    Än  derung des     Elektrolytspiegels    kann eine     Auf-          ladung        bezw.        Regeneration    der Absorptions  körper bewirkt werden, und zwar dadurch,  dass die Elektroden     bezw.    deren als Absorp  tionskörper     ausgebildete    Teile schon vor der  Ladung aus dem     Elektrolyten    herausragen  und infolge der kapillaren Aufsaugung des  Elektrolyten zugleich mit den Hauptelektro  den aufgeladen werden.  



  Am     einfachsten    gestaltet sich die Ab  sorption des Sauerstoffes, da dieser auch im  molekularen Zustande die feuchte     hochdis-          perse    Masse mit ziemlicher Reaktions  geschwindigkeit oxydiert. Man ist daher in  der Lage, durch aus dem     Elektrolyten    her  ausragende geladene, das heisst zu Metall  reduzierte negative     Elektrodenplatten    den  durch     Nachgasung    aus den positiven Platten       entweichenden    Sauerstoff zu binden. Bei  Sammlern mit nicht oder unbedeutend nach  gasenden Negativen kann diese Massnahme  allein genügen, um sie nach Ladung ver  schliessen zu     können.     



  Für alkalische Akkumulatoren kann man       Absorptionskörper    mit     Katalysatorzusatz     zum Beispiel dadurch herstellen, dass man  dünne     Massebriketts    aus der     aktiven    Masse    in     platinierte        bezw.    mit     Palladiumüberzug     versehene, perforierte, metallische Behälter       einpresst,    auch     dadurch,    dass man die -Tasse  behälter mit Lösungen der Katalysatoren im  prägniert und das Metall an Behälter wie an  Masse zur     Abscheidung    bringt.  



  Als Katalysator für .die     negative    Hilfs  elektrode hat sich     Platin    als     besonders        ge-,     eignet     erwiesen,    als Katalysator für die       positive    Hilfselektrode ist Palladium sehr  wirksam. In     vielen    Fällen, insbesondere beim  alkalischen Akkumulator, ist es zweckmässig,  die aus dem Elektrolyten herausragende  negative Masse für sich allein zu aktivieren.  Man kann dies dadurch erreichen, dass man  die Masse ausser mit dem Trägermaterial  noch mit Metallen der     Platinreihe    in direk  ten Kontakt bringt.

   Es hat sich gezeigt, dass  ganz ausserordentlich geringe Mengen solcher  Platinmetalle genügen, um das elektro  chemisch aktive Metall der     negativen    Masse  für die Bindung des gasförmigen Sauerstof  fes zu     aktivieren.    Eine derartige Elektrode  vermag auch Knallgas zu verbrennen. Es  wird also an ihr auch Wasserstoff umgesetzt,  soweit er gegenüber Sauerstoff im Unter  schuss vorhanden ist.  



  Ist das Metall der     negativen    Masse sehr  elektronegativ, so kann der aktivierende     Ka-          talysatorzusatz    schon zu einer Oxydation  desselben durch den Elektrolyten anregen.  In diesem Falle darf das mit dem Katalysa  tor zusammengebrachte Metall nicht das der  Masse der aktiven     Akkumulatorenelektrode     sein, sondern wäre durch ein weniger     elek-          tronegatives    zu ersetzen. Die     Akkumula-          torenplatte    besteht dann aus zwei Teilen.

    einem obern, der aus der Flüssigkeit heraus  ragt und ein     elektropositiveres    Metall besitzt  als der     untere    Teil.  



  So ist es zweckmässig, dass ein alkalischer  Akkumulator, dessen Hauptelektrode aus  einer eisenhaltigen Masse besteht, im obern  Teil im Kontakt mit einem Metall der Pla  tinreihe eine eisenfreie oder eisenarme     Kad-          miummasse    besitzt.  



  Für die Absorption des Wasserstoffes  genügt die in den Gasraum hineinragende      aktive positive Elektrode ohne Katalysator  zusatz meistens nicht, denn molekularer  Wasserstoff ermöglicht bei gewöhnlicher  Temperatur nicht ohne weiteres Reduktions  prozesse, wird also nicht direkt von den  höheren Sauerstoffverbindungen gebunden.  



  Setzt man aber der positiven Masse in  der vorstehend beschriebenen Weise Kata  lysatoren derselben Art zu, so ermöglicht  dieser Zusatz die Bindung des Wasserstoffes.  



  Damit die Beseitigung der unerwünsch  ten Gasansammlungen mit genügender Ge  schwindigkeit erfolgt, ist es, wie oben er  wähnt, zweckmässig, dass diese aktiven Ab  sorptionskörper erstens in den Gasraum hin  einragen und zweitens, dass sie bei Wieder  aufladung des Elementes wieder regeneriert  werden können.  



  In besonders sicherer und einfacher  Weise wird dies dadurch erreicht, dass     mit-          telst    der entstehenden Gase der Elektrolyt  spiegel derart verlegt wird, dass die chemisch  aktiven Körper mit den Gasen in Berührung  gelangen. Durch diese Massnahme ist es mög  lich, den herausragenden Teil der Elektrode  genau dem Bedürfnis an Absorptionsmasse  anzupassen und grosse Niveauunterschiede       hei    Ladung und Entladung     bezw.    strom  losem Stehen zu erzielen.

   Man hat bereits  bei Gasbatterien die Senkung des     Elektro-          lytspiegels    mit Hilfe von bei der Ladung       entstehenden    Gasdrucken vorgenommen, um  dadurch eine bessere Wirkung der als     De-          polarisatoren    arbeitenden Elektroden zu er  zielen.  



  Die in     Fig.    1     dargestellte    Ausführungs  form ist für einen Sammler gedacht, dessen  negative Elektrode nur unbedeutend nach  gast, so dass eine Beseitigung von Wasser  stoff gar nicht nötig     ist.    Der Sauerstoff  kann dann einfach durch die aktive Masse  der nach Senkung :des     Laugestandes    heraus  ragenden negativen Elektrode absorbiert  werden, wobei eine besondere Aktivierung  dieser Masse durch Metalle der     Platinreihe          unterbleiben    kann.

   Die negative Elektrode  ist daher etwas grösser     bezw.    höher aus  geführt, damit ihr aktives     Material    beim    Senken des     Laugespiegels    zuerst     bezw.    allein  freigelegt wird und dann absorbierend wir  ken kann.  



  An     dem.    Elementbehälter ist ein durch  die Schraube     v,    gasdicht verschliessbarer Ex  pansionsraum e angesetzt. An     Stelle    der  Schraube     v2    kann auch ein Hahn oder Ven  til geeigneter Konstruktion treten. Der Ex  pansionsraum ist zunächst flüssigkeitsleer,  also nur mit Luft oder einem andern leicht       kompressiblen    Material, z. B.     Schaumgummi,     gefüllt und steht     mit    dem eigentlichen Ele  mentgefäss durch das dünne Rohr r in Ver  bindung.  



  Als Expansionsraum kann auch eine  federnde Druckdose, ein     Behälter    mit ver  schiebbarem: Kolben oder ein gefalteter       Gummibehälter    dienen.  



  Zur Inbetriebnahme wird die Öffnung     v2     des Expansionsraumes, falls eine solche Über  haupt angebracht ist, fest verschlossen und  der Elektrolyt etwa bis zum Niveau a ein  gefüllt. Darauf wird das Element geladen  und nach beendeter Ladung     bezw.    einige       Zeit    später auch die Füllöffnung des Ele  mentbehälters durch     v,    dicht verschlossen.  



  Wenn nun die positive Elektrode nach  gast, das heisst beispielsweise Sauerstoff ent  wickelt, dann sammelt sich dieses Gas zu  nächst im Gasraum s. Es entsteht dort ein  Überdruck, der den Elektrolyten teilweise in  den Expansionsraum e     hinüberdrückt.    Wenn  dieser Vorgang soweit     vorgeschritten    ist,  dass etwa das Niveau des Elektrolyten im  Gasraum bei b, im     Expansionsraum    bei     bi    an  gelangt ist, dann     wird    der im Gasraum vor  handene Sauerstoff von der jetzt freiliegen  den negativen Polelektrode absorbiert.

   Ein  weiteres Sinken des     Elektrolytspiegels    im  Gasraum     bezw.    ein weiterer     Druckanstieg     kann dann nicht mehr     eintreten,    voraus  gesetzt, dass die negative Elektrode nur ge  ringfügig     nachgast.     



  Wenn das Element wieder aufgeladen  werden soll, ist es nur erforderlich, die     Ver-          schlussschraube        v,_    zu öffnen. Der Elektro  lyt steigt dann wieder annähernd auf das      normale Niveau     a,    so dass eine vollständige       Wiederaufladung    auch der obern Teile der       negativen    Elektrode erfolgen kann.  



  Wenn bei einem derartigen Sammler  auch die negative Elektrode     nachgast,    das  heisst etwa Wasserstoff liefert, dann führt  man beide     Elektrodenplatten,        positive    wie  negative, normal, das     heisst    annähernd gleich  gross und hoch aus, so dass beim Sinken des       Elektrolytspiegels    beide Elektroden in den  Gasraum hineinragen und die dort auftreten  den Gase absorbieren können. In diesem  Falle müssen die     obern    Teile der positiven  Platten für die     Wasserstoffabsorption,    wie  oben erwähnt, besonders präpariert werden.  



  Eine prinzipiell ähnliche Ausführungs  form wie .die vorstehend beschriebene ist in       Fig.    2 dargestellt. Hier ist der Expansions  raum als     äussere    Hülle um das Element aus  geführt, wodurch eine gedrungenere     Kon-          struktion    erzielt wird. Positive und negative  Platten sind gleich gross gehalten. Es ist  hier also vorausgesetzt, dass beide     Elektroden          nachgasen.     



       Fig.    3 stellt ein Element dar, bei wel  chem der     Plattensatz    zum Teil in den Gas  raum hineinragt und ausserdem von einem  oben und unten offenen     Mantel    umgeben ist.  Der     Plattensatz    ist ausserdem in einem ge  nügend geräumigen     Elementbehälter    ein  gebaut.

   Bei Ladung eines     derartig    gebauten  Sammlers bewirken die an den Platten ent  stehenden Gasblasen nach dem Prinzip der       "Mammutpumpe"    einen     Auftrieb,    so dass der  Elektrolyt im Innern des Mantels bis zum  obern Rande der Platten ansteigt und da  durch eine     Aufladung        bezw.        Regeneration     der als     Absorptionskörper    wirkenden obern  Teile erfolgen kann. Nach der Ladung sinkt  dann das Niveau des Elektrolyten, und die  gegebenenfalls präparierten obern Teile der       EIektrodenplatten    können als     Absorptions-          körper    in Aktion treten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Galvanisches Element, insbesondere elek trischer Sammler, mit flammenloser Beseiti gung der entstehenden Gase, dadurch ge- kennzeichnet, dass chemisch aktive Körper vorhanden sind, welche die Gase im wesent lichen ohne Ionenreaktion mit dem Elektro lyten unter Bildung chemischer Verbindun gen absorbieren. UNTERANSPRüGHE: 1. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass sol che chemisch aktive Körper vorhanden sind, die bei ,der Absorption der Gase Verbindungen erzeugen, welche durch Elektrolyse wieder in das Ausgangsma terial zurückverwandelt werden können.

   ?. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper mit Katalysa toren versehen sind, welche eine Akti vierung der zur Absorption gelangenden Gase bewirken. 3. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper aus der aktiven Masse der posi tiven und negativen Elektrode des gal vanischen Elementes bestehen. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper aus einer andern Masse bestehen als-die Elektroden des Elementes. 5.

   Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper elektroden- förmig gestaltet und mit Stromzufüh rungen versehen sind. 6. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper mit den Katalysatoren sich so wohl in Berührung mit dem Gasraum, als auch mit dem Elektrolyten befinden. 7.

   Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper in Form von Hilfselektroden an geordnet sind. B. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteransprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfs elektroden aus dem Elektrolyten heraus nehmbar angeordnet sind. 9. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteransprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt elektroden des galvanischen Elementes in ihren obern Teilen als Absorptions körper ausgebildet sind und mit diesen Teilen während der Absorption aus dem Elektrolyten herausragen. 10.

   Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die chemisch aktiven Körper in perforierte metallische Behäl ter eingepresst sind, welche mit den Ka talysatoren plattiert sind. 11. Galvanisches Element nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass mit- telst der entstehenden Gase der Elektro- lytspiegel derart verlegbar ist, dass die chemisch aktiven Körper mit .den Gasen in Berührung gelangen. 12.

   Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Element ein Expansionsraum angebracht ist, in wel chem beim Auftreten eines Überdruckes im Gasraum der Elektrolyt zum Teil hineingepresst wird, so dass dadurch das aktive Material der Elektroden des Ele mentes teilweise freigelegt wird, also in den Gasraum hineinragt, und die bei der Nachgasung entstehenden Gase absorbie ren kann. 13. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteransprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Expan sionsraum nur mit dem Elementraum in Verbindung steht und sonst allseitig ge schlossen ist. 14. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteransprüchen 11 bis 13.

   dadurch gekennzeichnet, dass der Expan sionsraum ein komprimierbarer Behälter ist. 15. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteransprüchen 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Expan sionsraum mit einem leicht kompres- siblen Material ausgefüllt ist. 16. Galvanisches Element nach Patentan spruch und Unteranspruch 11, gekenn zeichnet durch einen seitlich um .den Plattensatz gelegten, oben und unten offenen Mantel, der nach dem Prinzip der Mammutpumpe bei der Ladung durch die an dem Plattensatz entstehen den Gasblasen ein Steigen des Elektro lyten in seinem Innern bewirkt. 17.

   Galvanisches Element nach Patentan spruch, mit einer nur unbedeutend nach gasenden Hauptelektrode, dadurch ge kennzeichnet, dass die Platten dieser Elektrode grösser gehalten sind und bei Erniedrigung des Elektrolytspiegels al lein in den Gasraum hineinragen und alsdann die von der stärker nachgasen- des Hauptelektrode gelieferten Gase ab sorbieren. 18. Galvanisches Element nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch einen gas dichten Verschluss des ganzen Elementes.