DE24582C - Bereitung der Elektroden sekundärer Elemente - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

KLASSE 2,

Elektrische Apparat^ "

Die vorliegende Erfindung betrifft Neuerungen an secundären Elementen oder Apparaten zur Aufspeicherung von elektrischer Energie behufs nachfolgender Abgabe derselben.

Um die Uebersicht der Beschreibung, sowie die Bezugnahme auf die verschiedenen Theile der in folgendem zu erläuternden Erfindung zu erleichtern, sollen diese Theile besonders und nach einander beschrieben und die einzelnen Abtheilungen durch Buchstaben von einander unterschieden werden.

A. Die erste Abtheilung A. bezieht sich auf eine Methode oder ein Verfahren zur Vorbereitung der Platten oder Elektroden secundärer Elemente in der Weise, dafs dieselben die für den Zweck, für den sie verwendet werden sollen, bestmögliche Beschaffenheit annehmen.

Das Verfahren besteht darin, dafs man die Platten, welche schliefslich das secundäre Element bilden sollen, dergestalt ladet, dafs ein Ueberzug, von Bleisuperoxyd von hinreichender Stärke auf beiden Seiten der Platte entsteht. Diese Platten werden dann in der gewöhnlichen Weise mit einander vereinigt, und es wird ein elektrischer Strom durch den Apparat in der beim ' Laden gebräuchlichen Weise durchgeleitet. Hierbei bleibt eine der Platten unverändert; sie bildet die Sauerstoffelektrode des Elements, .'während bei der anderen die Ladung umijkehrt wird, so dafs diese nunmehr die Wasserdes Elements darstellt,
iliegender Zeichnung veranschaulichen Üie Fig. V ^und ² schematisch diese Methode der Vorbereitung der Elektroden secundärer Elemente.

In Fig. ι sind α und b die Bleiplatten, welche schliefslich das secundäre Element bilden sollen. Beide Platten sind, wie dargestellt, mit dem Sauerstoff erzeugenden Pol des Stromgenerators H verbunden. Eine dritte Platte c, welche den beiden anderen gleich ist oder nicht, wird mit dem Wasserstoff erzeugenden Pol des Generators H verbunden. Alle Platten sind in das mit verdünnter Schwefelsäure angefüllte Gefäfs / eingetaucht.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Platten a b behufs Umkehrung der Ladung in b, wobei die Platte b mit dem den Sauerstoff erzeugenden Pol des Generators H verbunden ist.

Dies ist also die Anordnung der Platten zum Laden des Elements für den Gebrauch, nachdem die Platten, desselben gehörig vorbereitet sind.

Natürlich kann die in Fig. 2 dargestellte Anordnung fast unendlich oft modificirt werden, um dasselbe Resultat zu erzielen. Es können viele Platten α b auf einmal geladen werden, während nur eine Platte c in Anwendung kommt.

Das Gefäfs / kann aus Blei oder Kupfer hergestellt sein und die Platte c bilden. Die Platte c kann aus einer oder mehreren vorher geladenen Platten α oder b bestehen, welche auf diese Weise umgekehrt werden und ohne weitere Behandlung mit anderen geladenen Platten α oder b zur Herstellung von secundären Elementen für den Gebrauch combinirt werden können.

Die Platten α b können, so lange auf ihnen der Ueberzug aus Bleisuperoxyd gebildet wird, continuirlich geladen werden, oder sie werden, was dieselbe Wirkung hat, aber bequemer ist, nur in Zwischenräumen geladen, welche zuerst

kurz sind, nachher aber länger sein können, je nachdem der Bildungsprocefs fortschreitet, so dafs auf diese Weise die Localeinwirkung zwischen dem bereits fertig gebildeten Bleisuperoxyd und dem metallischen Blei stattfinden und der Oxydationsprocefs während der Zeit, wo der Ladungsstrom nicht in Thätigkeit ist, weiter vor sich gehen kann.

Bei Benutzung gewöhnlicher Bleiplatten allein sind einige Monate continuirlicher oder unterbrochener Ladung erforderlich, um einen genügend starken Ueberzug von Bleisuperoxyd zu erzielen.

Das Umkehren der Ladung einer der Platten« b braucht nur einige Stunden in Anspruch zu nehmen.

Dieses Vorbereitungsverfahren besitzt unter anderen vielen Vortheilen den, dafs es eine bestimmte Capacität in dem in der Behandlung befindlichen Apparat (vorausgesetzt, solche kann nach der alten Methode erhalten werden) in viel weniger Zeit zu erzeugen gestattet, als bei Anwendung des gebräuchlichen Vorbereitungsverfahrens nöthig wäre, indem man Sauerstoff, welcher das wirksame Agens beim Verbessern oder Entwickeln der Platte ist, gleichzeitig auf beide Platten, anstatt auf eine allein, wirken läfst.

Nichtgeladene Platten a b können zugleich, · wie in Fig. 2 dargestellt, angeordnet sein und geladen werden, bis Platte α hinreichend stark bekleidet ist, worauf die Richtung des Ladungsstromes umgekehrt werden kann, so dafs aus a eine Wasserstoffplatte entsteht.

Wird nun die umgekehrte Ladung fortgesetzt, bis Platte b einen hinreichenden Ueberzug annimmt, so wird man dasselbe Resultat erzielen, als wenn beide Platten gleichzeitig mit Sauerstoff geladen und die eine später umgekehrt wird; das Verfahren würde aber zweimal mehr Zeit erfordern.

Dieses Verfahren, die Platte der secundären Elemente vorzubereiten, ist nicht nur für flache oder ebene Platten anwendbar, wie sie gewöhnlich gebraucht werden, sondern es läfst sich auch ebensogut für solche Platten benutzen, welche mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen, gerippt, zellenartig gestaltet, perforirt, geschlitzt oder anders geformt sind. In gleicher Weise kann es Verwendung finden für ebene, mit Vertiefungen und Erhöhungen versehene oder anders gestaltete Platten, welche mit schwammförmigem oder porösem oder reducirtem Blei überzogen oder angefüllt sind.

B. Die Abtheilung B. der Erfindung betrifft ein Verfahren, die Platten oder Elektroden der secundären Elemente mit einem geeigneten starken Ueberzug aus galvanisch niedergeschlagenem cohärenten Metall zu versehen, bevor genannte Platten oder Elektroden vorbereitet werden.

Bei der Herstellung des Ueberzuges der Platten oder Elektroden wird das cohärente poröse Blei auf elektrischem Wege in der Weise auf den Platten niedergeschlagen, wie dies in der Galvanoplastik gewöhnlich geschieht..

Die zu überziehenden Platten werden zunächst chemisch gereinigt. Das Bad besteht aus einer Auflösung von Bleioxyd in einer Aetzkalilösung oder einer äquivalenten Bleilösung. Es kann nämlich irgend eine Bleilösung benutzt werden, vorausgesetzt, dafs sie einen cohärenten Metallniederschlag zu erzeugen im Stande ist und nicht einen schwammigen oder nicht cohärenten Ueberzug. Ein derartiger poröser Ueberzug entsteht immer, wenn schwefelsaure, salzsaure, essigsaure, salpetersaure und einige andere Bleisalze auf elektrischem Wege reducirt werden, und besitzt immer Eigenschaften, welche von denjenigen der cohärenten Form des Metalls ganz abweichen. Als Material ' für secundäre Elemente ist das poröse Blei viel geringwerthiger in Bezug auf gute Wirksamkeit. Das cohärente Metall kann schneller oder langsamer niedergeschlagen werden, je nachdem es in der Praxis dienlich oder wünschenswerth gefunden werden sollte, wobei die Beschaffenheit des Niederschlages in einiger Beziehung nach dem Mischungsverhältnifs und anderen Umständen variirt.

Platten, welche mit Vertiefungen und Erhöhungen versehen, gerippt, zellenförmig gestaltet oder in anderer Weise perforirt sind, eignen sich gut dazu, den cohärenten Ueberzug aufzunehmen und festzuhalten, und die Vertiefungen oder andere Räume oder Höhlungen in den Platten können völlig mit dem Niederschlag angefüllt werden, wenn dies wünschenswerth erscheint. Werden derartige Platten nach den in der Galvanoplastik bekannten Methoden behandelt, so wird das Innere der Zellen, Höhlungen oder Vertiefungen einen weniger starken Niederschlag aufnehmen, als die mehr exponirten Theile. Dieser Uebelstand wird durch folgendes Verfahren vermieden.

In Fig. 3 der Zeichnung ist schematisch eine einfache Methode zum Auskleiden oder Ausfüllen der Vertiefungen in gerippten oder ähnlich gestalteten Platten mit dem cohärenten Metall veranschaulicht. Nachdem die Platte α gründlich gereinigt ist, werden zunächst die auf einer Seite befindlichen Vertiefungen mit Bleioxyd oder einer anderen passenden Bleiverbindung gefüllt, welche entweder in trockenem Zustande oder als Teig verwendet wird, der mit Wasser oder einer Salzlösung zubereitet ist. Die Platte^ wird nun mit der so präparirten Seite naji^ oben in horizontaler Lage in ein passendesy^_e. fäfs / gebrächt, das eine Lösung von Ae.*^i_at_ron oder Aetzkali oder einem anderen Alkali enthält wenn Bleioxyd zur Ausfüllung der "^c-. tiefungen verwendet war. _l ■-— / "

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Im allgemeinen kann man jede Flüssigkeit benutzen, welche im Stande ist, die Bleiverbindung aufzulösen, die in den Vertiefungen der Platte α angebracht ist und welche als Product der Elektrolyse ein cohärentes Metall ergiebt. In dieselbe Lösung wird eine Platte K aus Blei oder anderem äquivalenten Material eingehängt oder angebracht, welche die Platte a aber nicht berührt. Alsdann wird ein Strom von einer passenden Quelle H durch den Apparat in geeigneter Richtung so lange durchgeleitet, bis das Bleioxyd in den Vertiefungen oder Höhlungen erschöpft ist und das Metall sich an den Seiten und den Böden der Vertiefungen niedergeschlagen hat. Man kann dann mehr Oxyd hinzufügen, wenn es wünschenswerth ist, die Niederschläge zu vergröfsern. Die Lösung kann erwärmt werden, um den Procefs zu beschleunigen und zu beg'ünstigen, wenn es nützlich erscheint.· Ist die eine Seite der Platte fertig, so wird die andere Seite in derselben Weise behandelt.

Durch dieses Verfahren wird innerhalb der Höhlungen und Vertiefungen eine concentrirte Lösung des Bleioxyds erhalten, während die Lösung an anderen Stellen nicht so reich ist, wodurch ein starker Metallniederschlag an den Seiten und den Böden der Vertiefungen erzielt wird. Wird eine mit Aushöhlungen versehene Platte einfach in eine Bleioxydlösung eingehängt, so wird der auf elektrolytischem Wege erzeugte Niederschlag sich nur auf den vorspringenden Kanten der Rippen bilden, während sich verhältnifsmäfsig wenig Metall in den Vertiefungen niederschlagen wird.

. Man kann auch Platten aus anderem Metall als Blei dazu benutzen, den Bleiniederschlag aufzunehmen; so kann z. B. Gold oder Platin angewendet werden, und kann in diesem Falle an der Sauerstoffelektrode des Elements nach vollständiger Oxydation kein Ladungsverlust durch spontane Localwirkung entstehen, wie dies unter Abtheilung A. beschrieben wurde. Für die Wasserstoffelektrode des Elements kann Kohle oder selbst Kupfer zur Aufnahme des Metallniederschlages verwendet werden.

Werden Blei- oder andere Platten, welche ■ mit niedergeschlagenem cohärenten Blei überzogen oder angefüllt sind, in einem secundären Elemente, vereinigt und geladen, so wird das reducirte Metall der einen Platte in Superoxyd verwandelt, und dieses Oxyd ist viel fester als gewöhnliches gegossenes oder gewalztes Blei, aber nicht annähernd so fest als schwammiges oder nicht cohärentes Blei, weil das cohärente Blei der anderen Platte leichter Wasserstoff absorbirt, als gegossenes oder gewalztes Blei, aber nicht annähernd so schnell als die andere Platte des Elements freiwerdenden Sauerstoff absorbirt.

Es ist.(^laher rathsam, das in Abtheilung A. beschriebene Vorbereitungsverfahren zu adoptiren, und das dort erläuterte Verfahren ist jedem anderen vorzuziehen.

C. Die Abtheilung C. bezieht sich auf ein Verfahren, die Platten oder Elektroden der secundären Elemente mit einem geeigneten dicken Ueberzug von porösem Metall zu überziehen, das durch Reduction aus Oxyd oder irgend einer anderen geeigneten Verbindung desselben durch die Wirkung eines passenden reducirenden Gases oder Gase und bei einer Temperatur hervorgerufen wird, welche nicht so hoch ist, dafs das reducirte Metall .durch Schmelzen einen compacten oder flüssigen Zustand annimmt. Dieses Verfahren kann nichtJ_ nur für ebene Platten, sondern auch für solche Ί Platten oder Elektroden angewendet werden, welche mit Erhöhungen oder Vertiefungen versehen, gerippt, zellenartig gestaltet, perforirt, geschlitzt oder anders geformt sind. Zum Herstellen oder Ueberziehen solcher Platten nach diesem Verfahren kann das poröse Blei auf denselben durch Reduction aus dem Oxyd mittelst einer Atmosphäre oder eines Stromes aus Kohlenoxydgas oder Wasserstoff bei einer Temperatur erzeugt werden, welche nicht genügend ist, um dasreducirte Metall zu schmelzen.

Das eine oder andere der beiden angeführten Gase wird diese Reduction leicht hervorbringen, jedoch können die Gase auch mit einander oder mit einem anderen indifferenten Gase wie Stickstoff vermischt sein.

Die Platten werden chemisch rein gemacht, in eine horizontale Lage gebracht und nun mit einer genügend starken Schicht Bleioxyd bedeckt. Das Bleioxyd kann trocken oder besser in Form eines Teiges aufgetragen werden, de$ mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, z. B. Salpetersäure, angerührt wird, welche Säure das Oxyd theilweise löst und nach der Verdunstung in einem zusammenhängenden compacten Zustande zurückläfst. Auch kann eine Lösung von salpetersaurem Bleioxyd direct zur Herstellung des Teiges benutzt werden. Das Bleioxyd kann vor dem Gebrauch geschmolzen werden, wenn man dies für wünschenswerth hält, und als grobes oder feines oder gemischtes _j~ Pulver verwendet werden. ^

Das in einer dicken Schicht auf die Bleiglätte gestreute, grob gepulverte Bleioxyd kann in die Oberfläche der Platte mittelst einer flachen Eisenplatte durch hydraulischen Druck oder in anderer Weise eingebettet werden.

Werden Platten angewendet, welche mit Vertiefungen oder Erhöhungen versehen oder gerippt sind, so können die Vertiefungen oder zwischen den Rippen gelegenen Räume mit Bleioxyd angefüllt werden, wenn dies wünschenswerth sein sollte. Das Bleioxyd kann geschmolzen, in einer dünnen Schicht aufgetragen und erstarren gelassen werden, bevor ein Schmelzen der Platte eintritt, oder die Ver-

tiefungen und Rinnen der Platte können mit geschmolzenem Oxyd angefüllt werden. Werden Platten aus anderem Metall, z. B. Gold oder Platin, verwendet, so können dieselben in das geschmolzene Oxyd eingetaucht werden, so dafs sie nach dem Herausziehen einen Ueberzug behalten.

Vor dem Ueberziehen der Platten mit Bleioxyd können die Platten mit einem galvanisch niedergeschlagenen Oxydüberzug versehen werden, der das feste Anhaften des Hauptüberzuges . und des später reducirten Metalles auf der Platte begünstigt.

Nachdem die Platten mit Oxyd überzogen sind, werden sie in hinreichendem Abstande von einander in eine Kammer gepackt, in welcher sie auf eine hinreichend hohe Temperatur gebracht und genügend lange der Wirkung eines reducirenden Gases ausgesetzt werden.

Der beschriebene Ueberzug aus porösem Metall, wie solcher zu Platten für secundäre Elemente verwendet wird, besitzt Eigenschaften, welche von denen des schwammigen oder des, wie unter B. beschrieben, galvanisch niedergeschlagenen cohärenten Bleies verschieden sind. Dieser Ueberzug liegt seiner Beschaffenheit nach gewissermafsen zwischen beiden Körpern, besitzt viele gute Eigenschaften des letzteren und ist frei von den schlechten Eigenschaften des schwammigen Bleies.

Man kann auch Platten aus anderen Metallen als Blei dazu verwenden, das poröse Blei aufzunehmen; so können Gold oder Platin benutzt werden, und wird in diesem Falle die Sauerstoffplatte des Elements nach der völligen Ueberoxydirung ihre Ladung nicht durch spontane Localwirkung verlieren können, wie unter A. beschrieben wurde. Zur Herstellung der Wasserstoffplatte kann man Kohle, selbst Kupfer behufs Aufnahme des reducirten Metalles verwenden.

Wie vorhin angedeutet, sind die Eigenschaften des reducirten porösen Bleies ähnliche, wie diejenigen des wie unter B. beschriebenen galvanisch niedergeschlagenen cohärenten Metalles. Aus diesem Grunde gelten die an jener Stelle gemachten Angaben für die Verbindung der präparirten Platten oder Elektroden und das, Vorbereitungsverfahren auch hier in derselben Weise.

Claims (2)

Patent-An sprüche:

1. Das Verfahren der Vorbereitung der Platten oder Elektroden secundärer Elemente oder Stromaufspeicherungsapparate, darin bestehend, dafs auf den genannten Platten, und zwar sowohl auf der Wasserstoffplatte als auch auf der Sauerstoffplatte zunächst eine bedeutende Menge Bleisuperoxyd durch elektrische Thätigkeit angehäuft oder erzeugt wird und alsdann die Platten in der gewöhnlichen Weise zu einem gewöhnlichen Elemente vereinigt werden, wie dies unter Abtheilung A. auseinandergesetzt wurde.

2. Das unter Abtheilung B. beschriebene Verfahren, einen cohärenten porösen Bleiüberzug auf den Platten durch galvanischen Nieder-. schlag aus einer Auflösung von Bleioxyd in einer Aetzalkalilösung oder einer äquivalenten Bleilösung herzustellen, sowie die Anwendung von Elektroden, welche mit einem wie beschrieben hergestellten cohärenten porösen Bleiüberzug versehen sind, welche Platten aber, mit Erhöhungen oder Vertiefungen ausgestattet, gerippt, zellenartig oder perforirt sein können und zweckmäfsig nach dem unter A. angegebenen Verfahren vorbereitet werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.