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If you are not located in the United States, you'll have -to check the laws of the country where you are located before using this ebook. - -Title: Die Akkumulatoren - ihre Theorie, Herstellung, Behandlung und Verwendung. - -Author: Willibald Bermbach - -Release Date: April 2, 2016 [EBook #51638] - -Language: German - -Character set encoding: UTF-8 - -*** START OF THIS PROJECT GUTENBERG EBOOK DIE AKKUMULATOREN *** - - - - -Produced by Peter Becker, Harry Lamé and the Online -Distributed Proofreading Team at http://www.pgdp.net - - - - - - - - Anmerkungen zur Transkription - - Benutzte Typographie - Transkription im Original - - _Text_ Kursivdruck - =Text= Fettdruck - ~Text~ Gesperrter Text - _{Text} Tiefgestellter Text - - Fußnoten befinden sich am Ende des Kapitels. - - Abhängig von der benutzten Hard- und Software sind möglicherweise - nicht alle Elemente des Textes richtig zu sehen. - - Weitere Anmerkungen befinden sich am Ende dieser Text. - - - - - Otto Wigand, Verlagsbuchhandlung m. b. H., Leipzig - - - HANDWÖRTERBUCH - DER DEUTSCHEN SPRACHE - - von =Dr. Daniel Sanders= - - Neu bearbeitet, ergänzt u. vermehrt - - von =Dr. Ernst Wülfing= - - Achte (der Neubearbeitung erste) Auflage - Geheftet Mark 8.--, gebunden Mark 10.-- - -[Illustration] - -Der „Kleine Sanders‟, der bekannte von Sanders selbst besorgte Auszug -aus seinem großen vierbändigen „Wörterbuch‟, der seit seinem ersten -Erscheinen vor gerade 40 Jahren sieben Auflagen erlebt hat und in rund -40000 Abdrucken verkauft worden ist, liegt in neuer, reich ergänzter und -vermehrter Bearbeitung und in ganz neuem Gewande vor uns. Vor der alten -Ausgabe zeichnet sich die neue schon rein äußerlich durch die vornehme -Ausstattung und die größere Breite der Spalten aus; vor allem aber ist, -wenn auch im ganzen die Druckanordnung der alten Ausgabe beibehalten -wurde, doch in zahlreichen Einzelheiten alles getan worden, um dem Buch -eine bei weitem größere Übersichtlichkeit zu verschaffen. -- Der -Bearbeiter Dr. E. Wülfing, hat das Buch mit besonderer Sorgfalt -durchgesehen, es besonders, wo alte Lücken waren, aus dem „Großen -Sanders‟ ergänzt und es anderseits durch zahlreiche neue Wörter -vermehrt, die die verflossenen 40 Jahre, namentlich auf dem Gebiete der -Technik aufgebracht haben. Auch wurde an manchen Stellen die bessernde -Hand angelegt, wo das nach den Fortschritten der Sprachwissenschaft -nötig erschien, besonders bei so mancher Bedeutungsentwicklung, die von -Sanders s. Z. nicht richtig erkannt und aufgestellt wurde oder werden -konnte. An Reichhaltigkeit, besonders auf dem Gebiete der neuesten -technischen Ausdrücke und u. a. auch der Pflanzennamen, übertrifft der -„Sanders-Wülfing‟, wie der „Kleine Sanders‟ wohl jetzt genannt werden -wird, alle vorhandenen kleineren deutschen Wörterbücher. Besonders sei -noch erwähnt, daß Wülfing an zahllosen Stellen dafür gesorgt hat, daß -durch Einfügung von kurzen Belegen und Anführungen aus dem Schrifttum, -sowie von knappen Beispielen die Erläuterungen, die ohne solche oft -nicht ganz klar waren, belebt worden sind. Daß endlich die neue -Rechtschreibung eingeführt worden ist, braucht nicht besonders betont zu -werden. - -=Ein unentbehrliches Hand- und Nachschlagebuch für jeden Gebildeten= - - - - - Die Akkumulatoren, - ihre Theorie, Herstellung, Behandlung - und Verwendung. - - - Von - - Prof. =Dr. W. Bermbach=. - - Zweite, vermehrte und verbesserte Auflage - - ~Mit~ 38 ~Abbildungen.~ - - [Illustration] - - ~Otto Wigand~ - Verlagsbuchhandlung und Buchdruckerei m. b. H. - Leipzig 1911. - - - - -Vorwort - -zur ersten Auflage. - - -Die Literatur über Akkumulatoren ist zwar eine ziemlich reichhaltige, -jedoch fehlt es an einem nicht zu umfangreichen Buche, in dem sowohl die -Theorie wie die Praxis, letztere, soweit sie größere Kreise -interessiert, genügend berücksichtigt wird. Dieses dürfte in dem -vorliegenden Werkchen geschehen sein. - -Wenn irgendwo, so gilt für den Bleiakkumulator der Satz: Eine gute -Theorie ist die beste Praxis. Denn hier gibt uns die Theorie Aufschluß -über alle im Betriebe vorkommenden Erscheinungen. Aus diesem Grunde -wurde die Theorie des Bleiakkumulators ausführlich behandelt. Damit sich -nun auch solche Leser, denen die Grundbegriffe der modernen -Elektrochemie nicht geläufig sind, zurechtfinden können, habe ich in dem -ersten Kapitel die neueren Ansichten über die Elektrolyse und die -Stromerzeugung in galvanischen Elementen gemeinverständlich behandelt. - - Cöln, Mai 1905. - - - - -Vorwort - -zur zweiten Auflage. - - -Die meisten Kapitel wurden neu bearbeitet, die beiden letzten Kapitel -außerdem nicht unwesentlich erweitert. Über den ~Edison~-Akkumulator -liegt jetzt genügend Material vor; dementsprechend wurde er in der neuen -Auflage ausführlicher behandelt. - -Herrn Dr. H. ~Geisler~ spreche ich für seine Unterstützung bei dem Lesen -der Korrekturbogen meinen verbindlichsten Dank aus. - - Cöln, Juni 1911. - - =Der Verfasser.= - - - - -Inhalt. - - - Seite - - 1. ~Kapitel~. Theorie der Elektrolyse und der galvanischen - Elemente 1 - - 2. ~Kapitel~. Theorie des Bleiakkumulators 34 - - 3. ~Kapitel~. Kapazität, Wirkungsgrad, Nutzeffekt, innerer - Widerstand 60 - - 4. ~Kapitel~. Ladung und Entladung 80 - - 5. ~Kapitel~. Vorgänge im ruhenden Akkumulator 105 - - 6. ~Kapitel~. Plattenkonstruktionen, Herstellung der Platten, - Formation 116 - - 7. ~Kapitel~. Aufstellung der Batterie, Einbau der Platten, - Vorschriften über die Behandlung, Lebensdauer 132 - - 8. ~Kapitel~. Der alkalische Akkumulator 152 - - 9. ~Kapitel~. Die Verwendung der Akkumulatoren 166 - - - - -Erstes Kapitel. - -Theorie der galvanischen Elemente und der Elektrolyse. - - -~Vorläufige Erklärung der Vorgänge im Bleiakkumulator~. Ein -Bleiakkumulator in seiner einfachsten Gestalt besteht aus zwei -Bleiplatten, die in verdünnte Schwefelsäure eintauchen. Schickt man -durch den elektrolytischen Apparat einen elektrischen Strom, so bildet -sich an derjenigen Elektrode, die mit dem positiven Pole der Stromquelle -verbunden ist, der Anode, Bleisuperoxyd, das eine braunrote Farbe hat; -an der negativen Elektrode, der Kathode, wird Bleioxyd[1], das sich, -bevor die Bleiplatten in die Säure getaucht wurden, an der Luft gebildet -hatte, zu metallischem Blei reduziert. - -Wenn an beiden Elektroden Gasentwicklung erfolgt -- was bei unserem -Laboratoriumsversuch schon nach kurzer Zeit der Fall ist --, so -unterbricht man den Ladestrom. Wir haben jetzt die Kombination vor uns -Blei und Bleisuperoxyd in verdünnter Schwefelsäure: - - Pb | H₂SO₄ + aqua | PbO₂ - - | | + - -Das Minuszeichen unter Blei bedeutet, daß die betreffende Platte der -negative Pol des Elementes ist. Unsere Kombination ist, wie wir leicht -mittels eines Galvanoskops nachweisen können, ein galvanisches Element, -ähnlich wie - - Zn | H₂SO₄ + aq | Cu. - - | | + - -Wie wir später sehen werden, bildet sich bei der Entladung auf beiden -Elektroden Bleisulfat. Die beiden Platten werden also einander um so -ähnlicher, je mehr Elektrizität unser Akkumulator abgibt. Wenn man aber -zwei ~gleiche~ Elektroden in denselben Elektrolyten eintaucht, so erhält -man kein galvanisches Element. Die elektromotorische Kraft unseres -primitiven Akkumulators muß also während der Stromabgabe mehr oder -weniger schnell abnehmen. - -Bei dem beschriebenen Laboratoriumsversuch findet man, daß nach -Beendigung der Entladung die braunrote Farbe keineswegs ganz -verschwunden ist, daß also Reste von PbO₂ zurückbleiben. - -Laden wir den Akkumulator jetzt wieder, so wird Bleisulfat an der -negativen Elektrode in metallisches Blei und an der positiven Platte in -Bleisuperoxyd verwandelt. - -Bei der Ladung sowohl wie bei der Entladung spielen sich im Akkumulator -chemische Prozesse ab. Bei der Ladung wird ein chemisches System -gleichsam gewaltsam verändert (ähnlich wie eine Spiralfeder beim -Zusammendrücken), das veränderte System hat das Bestreben, in seinen -ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Bei der Ladung wird in dem -Akkumulator chemische Energie aufgespeichert, und zwar entsteht diese -aus elektrischer Energie. In dem Akkumulator wird also keineswegs -elektrische Energie als solche aufbewahrt, gerade so wenig wie dies bei -einem Gewichte der Fall ist, das durch einen Elektromotor gehoben wurde. -Den Charakter eines galvanischen Elementes erhält der Akkumulator erst -dadurch, daß man ihm elektrische Energie zuführt. Man bezeichnet ihn -daher auch als ~Sekundärelement~. - -Im Prinzip unterscheidet sich ein geladener Akkumulator in nichts von -einem gewöhnlichen Primärelement (z. B. einem Daniell-Element). Wir -müssen daher im Folgenden auf die Theorie der galvanischen Elemente -näher eingehen. - -An den chemischen Vorgängen im Akkumulator ist der Elektrolyt in -hervorragender Weise beteiligt. Es ist daher jedem, der nur etwas tiefer -in die Theorie des Bleiakkumulators eindringen will, anzuraten, sich ein -möglichst klares und vollständiges Bild von den Vorgängen, die sich bei -der Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure abspielen, zu verschaffen. -[Hingewiesen sei hier auf das Kapitel VIII in ~Le Blancs~ Lehrbuch der -Elektrochemie.] - -Da die neueren elektrochemischen Theorien, soweit es der Raum gestattet, -in unserer Schrift Berücksichtigung finden sollen, so wollen wir mit -einer Besprechung einiger wichtiger Grundbegriffe dieses Gebietes -beginnen. - -Der ~osmotische Druck~. Um diesen außerordentlich wichtigen Begriff klar -zu machen, wollen wir von einem Nichtelektrolyten ausgehen; als Beispiel -diene eine Zuckerlösung. Ein Standglas mit vorspringendem Rande fülle -man mit einer Zuckerlösung und verschließe das Glas mittels einer vorher -in lauwarmem Wasser aufgeweichten Schweinsblase, wobei darauf zu achten -ist, daß keine Luftblasen eingeschlossen werden. Durch einen Bindfaden -ist die Membran unterhalb des Glasrandes gut zu befestigen. Stellt man -das Präparat in ein größeres, mit Wasser gefülltes Gefäß, so findet man -nach etwa 24 Stunden, daß sich die Membran sehr stark gewölbt hat, und -wir schließen daraus, daß von der Zuckerlösung auf die Membran ein Druck -ausgeübt wurde. Da die Wölbung nicht erfolgt, wenn wir das Standglas mit -Wasser füllen, so schließen wir weiter, daß der eben erwähnte Druck von -den Zuckermolekülen herrührt. -- Die Schweinsblase hat die -Eigenschaft[2], den Wassermolekülen den Durchgang zu gestatten, nicht -aber den Zuckermolekülen, sie ist ~halbdurchlässig~ oder semipermeabel. -Denken wir uns nun die Zeit in sehr kleine Intervalle geteilt, so können -wir die Vorgänge in dem Standglase (Zelle) folgendermaßen erklären: Die -Zuckermoleküle üben einen Druck auf die Membran aus; diese wird um ein -unendlich kleines Stück gehoben, in den freien Raum dringt Wasser ein. -Während des folgenden Zeitabschnittes wiederholt sich das Spiel usw. Die -Membran wölbt sich also langsam im Laufe der Zeit. Dem osmotischen -Drucke der Zuckermoleküle -- so nennt man den auf die Membran ausgeübten -Druck -- wirkt die Spannung der Membran entgegen. Nehmen wir nun an, daß -die Schweinsblase vollkommen, auch bei jedem Drucke halbdurchlässig ist, -und daß sie jeden beliebig hohen Druck auszuhalten vermag, ohne zu -platzen, so schließen wir weiter, daß sich nach einer gewissen Zeit ein -Gleichgewichtszustand ausbildet, der natürlich dann vorhanden ist, wenn -der osmotische Druck der Zuckermoleküle gleich ist der Spannung der -Membran. Der nach Innen gerichtete Druck der gespannten Membran nach -Eintritt des Gleichgewichtszustandes, d. h. wenn eine weitere Wölbung -der Membran nicht mehr erfolgt, ist gleich dem osmotischen Drucke der -Lösung. - -Auch in folgender Weise gelangt man zu einer Vorstellung über den -osmotischen Druck. Wenn wir bei Beginn des Versuches die Membran -belasten, etwa durch Auflegen von Gewichtsteinen, so erfolgt das -Eindringen des Wassers langsamer als eben und bei einer gewissen -Belastung wölbt sich die Membran überhaupt nicht. Beträgt die -betreffende Belastung p kg pro 1 cm² Oberfläche, so ist p ein Maß für -den osmotischen Druck. - -Nach der kinetischen Theorie der Flüssigkeiten kommt der osmotische -Druck dadurch zustande, daß Zuckermoleküle gegen die Membran prallen und -Stöße auf diese ausüben. - -Auf die für den osmotischen Druck gültigen Gesetze, die übrigens, wie -~van ’t Hoff~ zeigte, mit den Gasgesetzen übereinstimmen, soll nicht -näher eingegangen werden; es sei nur bemerkt, daß der osmotische Druck -mit der Konzentration wächst. - -~Die elektrolytische Dissoziation.~ Man fand, daß die Lösungen von -Säuren, Salzen und Basen (Elektrolyte) einen anormal hohen osmotischen -Druck haben. ~Arrhenius~ erklärte diese Erscheinung durch die Annahme, -daß sich Moleküle der gelösten Substanz dissoziieren. Eine einfache -Überlegung zeigt uns aber, daß die Dissoziation in Elektrolyten von der -gewöhnlichen Dissoziation verschieden sein muß. Wählen wir als Beispiel -eine Salmiaklösung. Bei hoher Temperatur spaltet sich (dampfförmiger) -Salmiak nach der Gleichung - - NH₄Cl = NH₃ + HCl. - -Würde die Dissoziation in der Salmiaklösung in derselben Weise erfolgen, -so müßte die Flüssigkeit freies Ammoniak enthalten, das an seinem -scharfen, stechenden Geruch leicht erkannt werden kann. Eine -Salmiaklösung riecht aber nicht nach Ammoniak. Die ~Dissoziation in -Elektrolyten erfolgt~ nun in der Weise, daß ~elektrisch geladene -Komponenten~ entstehen. Das Kochsalzmolekül z. B. spaltet sich in ein -positiv geladenes Natriumatom und ein negativ geladenes Chloratom. Die -Komponenten nennt man ~Ionen~, d. h. die Wandernden, weil sie sich unter -dem Einflusse elektrischer Kräfte bewegen. - -Die elektrolytische Dissoziation kann man als einen chemischen Prozeß -auffassen, der sich zwischen einem Molekül der gelösten Substanz und -einem Neutron[3] abspielt und den man für Kochsalz durch die Gleichung -versinnlichen kann: - - NaCl + ⊕-⊖ = Na-⊕ + Cl-⊖. - -Statt dessen schreibt man kürzer - - NaCl = Na· + Cl′. - -Dementsprechend sehen wir die Ionen als neue chemische Verbindungen an, -z. B. ist das Natriumion (Na·) eine chemische Verbindung zwischen einem -Natriumatom und einem positiven Elektron. Ebenso wie Natrium + Chlor -etwas ganz anderes ist wie Natrium allein, so ist Natrium + Elektron, d. -h. Natriumion, in seinem chemischen und physikalischen Verhalten -durchaus verschieden von dem metallischen Natrium. - -Der materielle Bestandteil eines Ions kann auch aus mehreren Atomen -bestehen, z. B. aus der Hydroxylgruppe, dem Radikale SO₄. Ist das -Element oder die Atomgruppe mehrwertig, so verbindet es sich mit -mehreren Elektronen. Beispiele für die elektrolytische Dissoziation: - - NaOH = Na· + OH′ (Hydroxylion) - - CuSO₄ = Cu·· + SO₄′′ (Sulfat-Ion). - - NH₄Cl = NH₄· + Cl′ - -Cu·· bedeutet, daß das Kupferatom mit zwei positiven Elektronen -verbunden ist. - - Da ein- und derselbe Elektrolyt (Salz) sich in Wasser stark, in - Chloroform fast garnicht dissoziiert, so scheint es als ob dem Wasser - eine besonders große ~dissoziierende Kraft~ innewohnt. Nernst wies - zuerst darauf hin, daß zwischen dem Dissoziationsvermögen einer - Flüssigkeit und der Dielektrizitätskonstante ein gewisser - Parallelismus besteht. - -In einem Elektrolyten, z. B. in verdünnter Salzsäure, befinden sich -neben den Molekülen des Wassers, von dessen Dissoziation wir einstweilen -absehen, nichtdissoziierte Moleküle der gelösten Substanz, positive -Ionen, nämlich die Wasserstoffionen, und negative Ionen, nämlich die -Chlorionen. Nur bei sehr starker Verdünnung sind sämtliche Moleküle der -gelösten Substanzen dissoziiert. Befinden sich n Moleküle der gelösten -Substanz (dissoziierte Moleküle + indissoziierte Moleküle) in einer -Lösung und sind von diesen m Moleküle dissoziiert, so ist m/n der -~Dissoziationsgrad~. - -In jedem noch so kleinen Tröpfchen des Elektrolyten befinden sich -ebensoviele positive Ionen wie negative, so daß das Tröpfchen als Ganzes -unelektrisch ist. - -Inbezug auf den osmotischen Druck verhalten sich die Ionen wie die -Moleküle der gelösten Substanz; auf eine semipermeable Wand üben sie -also einen Druck aus. Man wird hier wieder an das Verhalten der Gase -erinnert: Befinden sich in einem abgeschlossenen Raume gleichzeitig -mehrere Gase oder Dämpfe, so übt jedes Gas einen gerade so großen Druck -aus, wie wenn es allein vorhanden wäre. Bei einem Elektrolyten kommen -also, wenn wir von den Ionen des Wassers selbst absehen, drei osmotische -Drucke in Betracht, nämlich der osmotische Druck der nichtdissoziierten -Moleküle, derjenige der positiven Ionen und derjenige der negativen -Ionen. - -Auf die Frage, warum in einem Elektrolyten (in der Regel) nicht alle -Moleküle der gelösten Substanz dissoziiert sind, soll mit einigen -wenigen Worten eingegangen werden. Nach der eben mitgeteilten -Auffassung ist die elektrolytische Dissoziation ein Vorgang nach -Art eines chemischen Prozesses. Für einen solchen gilt das -Massenwirkungsgesetz[4]. Wenn wir also beispielsweise Salzsäure in -Wasser gießen, so bildet sich ein Gleichgewichtszustand aus, der -dadurch charakterisiert ist, daß die Anzahl der Moleküle, die in -1 Sekunde zerfallen, gerade so groß ist wie die Anzahl der durch -Wiedervereinigungen eines positiven und negativen Ions entstehenden -neutralen Moleküle. -- Würden sich in einer starken Lösung, etwa in -einer 30prozentigen Kochsalzlösung alle Moleküle der gelösten Substanz -dissoziieren, so würde der Abstand zwischen den einzelnen Ionen ein -außerordentlich kleiner sein; die entgegengesetzten Ladungen der -positiven und negativen Ionen würden sich so stark anziehen, daß -zahlreiche Wiedervereinigungen stattfinden würden. Man sieht ein, daß in -jedem Kubikzentimeter der Lösung nur eine bestimmte Anzahl von Ionen -existieren kann. Mit zunehmender Verdünnung muß also die Dissoziation -fortschreiten. - -~Elektrolyse.~ Nur ~diejenigen Flüssigkeiten leiten~ den elektrischen -Strom, ~in denen sich freie Ionen befinden~. Die Stromleitung in einem -Elektrolyten besteht nun darin, daß die von der positiven Elektrode -abgestoßenen und von der negativen Elektrode angezogenen positiven Ionen -nach der einen und die negativen nach der entgegengesetzten Richtung -wandern. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Ionen durch die -Flüssigkeit hindurch bewegen, die übrigens wegen der sehr großen Reibung -zwischen den Wassermolekülen und den Ionen eine sehr geringe ist, hat -für die verschiedenen Ionenarten verschiedene Werte. - -Bei der Elektrolyse geben die an den Elektroden ankommenden Ionen an -diese ihre Ladungen ab, sie werden entionisiert oder gehen in den -atomistischen („gewöhnlichen‟) Zustand über. In manchen Fällen gehen -nach der Entionisierung sekundäre (rein chemische) Prozesse vor sich. -Wird z. B. CuSO₄ = Cu·· + SO₄′′ zwischen Kupferelektroden -elektrolysiert, so verbindet sich das SO₄-Radikal (nach seiner -Entionisierung) mit einem Atom Kupfer der Elektrode zu CuSO₄[5]. - - Die dem Elektrolyten zugeführte Energie kann also in zwei Teile - zerlegt werden. Der eine Teil dient dazu, die Ionen zu bewegen; die - entsprechende Arbeit wird in Wärme umgesetzt. Die zweite Arbeit, die - der Strom leistet, besteht darin, daß die Ionen ihrer Ladungen beraubt - werden. -- Die Entionisierung eines Ions, z. B. eines Natriumions kann - man als einen chemischen Prozeß auffassen, an dem das Natriumion und - ein negatives Elektron beteiligt ist und bei dem Energie verbraucht - wird. - -Das ~Faradaysche Gesetz~ erscheint vom Standpunkte der Ionentheorie aus -als etwas Selbstverständliches. Man sieht nämlich ohne weiteres ein, -daß - -1. die zersetzten Mengen des Elektrolyten den durchgegangenen -Elektrizitätsmengen proportional sind und daß - -2. die Mengen der gleichzeitig aus verschiedenen Elektrolyten -ausgeschiedenen Stoffe ihren chemischen Äquivalenten proportional sind -(an chemisch äquivalente Stoffmengen sind gleiche Elektrizitätsmengen -gebunden). An 1 Gramm Wasserstoffionen sind 96540 Coulomb gebunden; -ebenso an 23 Gramm Natriumionen etc. Um 1 Gramm Wasserstoff durch -Elektrolyse irgend eines Elektrolyten zu erhalten, muß man der -Stromquelle 96540 Coulomb positive Elektrizität entnehmen, oder bei 1 -Ampere Stromstärke muß die Elektrolyse 96540 Sekunden lang dauern. - -Wir wollen jetzt noch im Besonderen betrachten ~die Elektrolyse der -verdünnten Schwefelsäure~. Aus dem Umstande, daß chemisch reines Wasser -den elektrischen Strom nur sehr schlecht leitet, muß man folgern, daß -sich in reinem Wasser nur eine geringe Anzahl von Ionen befindet. In -chemisch reinem Wasser können sich natürlich nur solche Ionen befinden, -die durch Dissoziation der Wassermoleküle selbst entstehen. Diese -spalten sich, allerdings nur zu einem sehr kleinen Prozentsatze, nach -der Gleichung - - H₂O = H· + OH′ (1). - -Hierzu kommt wahrscheinlich eine noch geringfügigere Dissoziation, die -zur Bildung von Wasserstoff und Sauerstoffionen führt: - - H₂O = H· + H· + O′′ (2). - -Aus der von ~Kohlrausch~ und ~Heydweiller~ bestimmten Leitfähigkeit des -Wassers kann man den Dissoziationsgrad berechnen. Man findet, daß bei 0 -Grad 1 g Wasserstoffionen (und dementsprechend 17 g Hydroxylionen, wenn -wir von der Dissoziation nach Gleichung 2 absehen) in etwa 14 Millionen -Liter Wasser enthalten sind, bei 18° schon in 6,25 . 10⁶ l. Die -Leitfähigkeit nimmt also mit der Temperatur schnell zu. Nach neueren -Messungen enthält 1 g Wasserstoff 0,352 . 10²⁴ Atome. Ein Gramm Wasser -enthält also trotz der sehr geringen Dissoziation viele Millionen -Wasserstoffionen. - -Die Anzahl der Wasserstoffionen, die sich in 1 cm³ Wasser befindet, -wollen wir die Konzentration der Wasserstoffionen nennen, entsprechendes -gilt für die anderen Ionen. Da die Leitfähigkeit des Wassers (wie aller -Elektrolyte) mit der Temperatur stark wächst, so müssen wir schließen, -daß entweder die Ionenkonzentrationen mit der Temperatur größer werden, -oder daß die Reibung zwischen den Ionen und den Wassermolekülen kleiner -wird oder daß beides zugleich stattfindet. So viele Ionen nun bei einer -bestimmten Temperatur in einem cm³ existieren ~können~, so viele -existieren auch wirklich. Wenn also aus einem gegebenen Volumen Wasser -ein Wasserstoff- und ein Hydroxylion auf irgend eine Weise entfernt -werden, so dissoziiert sich sofort ein neues Molekül Wasser -- das -gestörte chemische Gleichgewicht wird sofort wieder hergestellt. - - Es sei hier wieder auf eine Analogie aufmerksam gemacht. Befindet sich - in einem abgeschlossenen Raume, etwa unter einer Glasglocke (Rezipient - einer Luftpumpe) eine hinreichende Menge Wasser, so verdampft bei - einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Menge Wasser. Entfernen wir - auf irgend eine Weise einen Teil des Wasserdampfes, so erfolgt neue - Verdampfung; der Gleichgewichtszustand wird gestört und bildet sich - von neuem. Wie bei diesem Vorgange ~eine gewisse Zeit vergeht~, ehe - sich der Gleichgewichtszustand von neuem gebildet hat, so auch bei der - elektrolytischen Dissoziation. - -Setzen wir reinem Wasser Schwefelsäure zu -- es genügt eine ganz kleine -Menge --, so wächst das Leitungsvermögen sehr stark, und wir schließen -daraus, daß sich eine große Menge von neuen Ionen gebildet haben. Diese -entstehen durch die Dissoziation der Schwefelsäure, die bei den für uns -in Betracht kommenden Konzentrationen eine sehr weitgehende ist, und -zwar verläuft der Zerfall nach den beiden Reaktionsgleichungen[6] - - H₂SO₄ = H· + HSO₄′ (3). - - HSO₄′ = H· + SO₄′′ (4). - -Es findet also eine stufenweise Dissoziation statt. Die Dissoziation -nach der Gleichung (3) entspricht dem Zerfall des NaHSO₄, der offenbar -nach der Gleichung - - NaHSO₄ = Na· + HSO₄′ - -erfolgt. - -Bei geringerer Konzentration der Schwefelsäurelösung spielt die -Dissoziation nach Gleichung (3) nur eine ganz untergeordnete Rolle -gegenüber der Reaktion - - H₂SO₄ = H· + H· + SO₄′′ (5). - -Mit wachsender Konzentration tritt die Dissoziation im Sinne der -Gleichung (3) mehr in den Vordergrund. - -In verdünnter Schwefelsäure befindet sich also eine größere Anzahl von -Ionenarten (H·, OH′, O′′, SO₄′′, HSO′₄), und daher sind verschiedene -Elektrolysen möglich. An der Kathode werden immer Wasserstoffionen -entionisiert, an der Anode aber können vier verschiedene Ionenarten -herauselektrolysiert werden. - -Welche Ionenart auch außer Wasserstoff abgeschieden werden mag, an der -Stromleitung innerhalb des Elektrolyten sind ~alle~ Ionenarten -beteiligt. - -Um aus einem Elektrolyten zwei verschiedene Ionenarten ~dauernd~ -herauszuelektrolysieren, muß man eine gewisse Minimalspannung -anwenden; für uns kommen folgende von ~Le Blanc~ angegebene -~Zersetzungsspannungen~ in Betracht: - - H· und O′′ 1,08 Volt } - H· „ OH′ 1,68 „ } + Überspannung - H· „ SO₄′′ 1,95 „ } - H· „ HSO₄′ 2,60 „ } - -Die angegebenen Zersetzungsspannungen genügen i. A. noch nicht, eine -~sichtbare~ Gasentwickelung herbeizuführen, man muß diese vielmehr um -einen von der Natur der Kathode abhängigen Betrag vergrößern[7] -(natürlich ist hier nicht der Spannungsabfall im elektrolytischen -Apparat, i × w, gemeint). - - Wenn sichtbare Gasentwickelung erfolgen soll, so müssen sich - Gasbläschen bilden. Man kann nun annehmen, daß für die Bildung der - Bläschen eine gewisse Arbeit verbraucht wird, die der elektrische - Strom liefern muß, und daß diese Arbeit von der Beschaffenheit der - Oberfläche, an der die Wasserstoffbildung erfolgt, abhängig ist - (Überspannung). - -Am kleinsten ist die ~Überspannung~ für platiniertes Platin (Kathode), -für blankes Platin ist sie nahezu 0,1 Volt. Höchst wichtig ist für uns -die ~Überspannung~ für ~Blei~, die ~nach Caspari~ 0,64 ~Volt~ -beträgt[8]. Bei der Ladung eines Akkumulators ist die Bleielektrode -Kathode; daher kann, wenn wir von der sehr geringfügigen Elektrolyse, -die den Ionen H· und O′′ entspricht, im Akkumulator eine Gasentwickelung -erst bei 1,68 + 0,64 = 2,32 Volt erfolgen; starke Gasentwickelung wird -erst bei noch höherer Spannung vor sich gehen (abgesehen von der -Überspannung des Sauerstoffs[9]). - -Wegen der Überspannung ist also eine Ladung des Akkumulators erst -möglich, bezw. kann eine solche ohne ganz erhebliche Energieverluste -erfolgen. - -Bei kleinen Spannungen, z. B. bei 0,5 Volt, sinkt der Strom in einem -Wasserzersetzungsapparat nicht völlig auf Null herab, es muß also auch -in diesem Falle eine Elektrolyse stattfinden. Man erhält nicht Gase von -Atmosphärendruck, sondern Wasserstoff und Sauerstoff von geringer -Konzentration, gelöst in den Elektroden und im Elektrolyten. Den Strom -bezeichnet man als ~Reststrom~ (s. S. 29). - -In dem durch Elektrolyse gewonnenen Sauerstoff finden sich immer Spuren -von ~Ozon~, das durch einen sekundären Prozeß aus dem abgeschiedenen -Sauerstoff entsteht (besonders bei größerer Stromdichte). - -Die Ozonbildung nimmt mit wachsender Konzentration der Säure zu. Ebenso -entsteht sekundär ~Wasserstoffsuperoxyd~[10] (H₂O₂) in geringer Menge, -wahrscheinlich an beiden Elektroden. Endlich ist zu erwähnen, daß sich -~Überschwefelsäure~ bilden kann nach der Gleichung - - 2HSO₄′ + 2⊕ = H₂S₂O₈ (6). - -also primär. Die Entstehung von Überschwefelsäure bei der Elektrolyse -der verdünnten Schwefelsäure wird durch große Stromdichte, Vergrößerung -des Schwefelsäuregehaltes und Erniedrigung der Temperatur begünstigt. -Nach den Zersetzungsspannungen auf Seite 13 dürfte aber, vorausgesetzt, -daß die Überschwefelsäure nach Gleichung (6), also primär, entsteht, -ihre Bildung erst bei Spannungen von mehr als 2,6 Volt erfolgen; hierzu -ist noch beim Bleiakkumulator, da mit den HSO₄-Ionen gleichzeitig -Wasserstoffionen an der Bleielektrode entionisiert werden müssen, die -Überspannung von 0,64 Volt zu addieren. Bei normaler Ladung wäre demnach -eine Bildung von Überschwefelsäure im Akkumulator ausgeschlossen. Da -übrigens die Überschwefelsäure Blei angreift und Bleisuperoxyd in -Bleisulfat verwandelt, so ist ihre Gegenwart in dem Elektrolyten dem -Akkumulator schädlich. - -Ehe wir uns zu der Polarisation wenden, wollen wir uns mit der Beziehung -zwischen der ~Wärmetönung und der elektromotorischen Kraft~ -beschäftigen. Verdünnte Schwefelsäure möge zwischen indifferenten -Elektroden, d. h. zwischen solchen, die durch die Produkte der -Elektrolyse nicht angegriffen werden, zersetzt werden (z. B. zwischen -Platinelektroden). Wir erhalten, wenn wir von den Nebenprodukten -absehen, Wasserstoff und Sauerstoff. Nehmen wir an, daß wir 1 Gramm -Wasserstoff durch Elektrolyse erhalten haben (und 8 Gramm Sauerstoff); -es sind dann im ganzen 96540 Coulomb durch unseren Apparat geflossen, -was der Fall war, wenn die Zersetzung bei 1 Ampère Stromstärke 96540 -Sekunden lang gedauert hat. Der erhaltene Wasserstoff werde verbrannt; -wir erhalten dann 9 Gramm Wasser. Lassen wir die Verbrennung im -Kalorimeter vor sich gehen, so finden wir, daß wir etwa 34200 kleine -Wärmeeinheiten (Grammkalorien, cal.) erhalten. Um diese Energie sind 9 -Gramm Wasser von gewöhnlicher Temperatur ärmer als 1 g H + 8 g O von -derselben Temperatur. Wollen wir nun, so schließen wir ~vorläufig~, das -eben gewonnene Wasser wieder in seine beiden Komponenten zerlegen, so -müssen wir die eben gewonnene Energie, die wir die ~Wärmetönung~ des -Prozesses - - 2H + O = H₂O, - -bezogen auf 1 Gramm H, nennen, dem Wasser wieder zuführen. Geschieht -also die Zersetzung mittels des elektrischen Stromes, so müssen wir, -abgesehen von der Jouleschen Wärme, in den elektrolytischen Apparat eine -den 34200 cal. äquivalente Menge elektrischer Energie hineinschicken. -Die elektrische Energie aber, die ein Apparat verbraucht, ist gegeben -durch das Produkt - - Anzahl Coulomb × Spannung zwischen den Elektroden. - -Da nun die Anzahl Coulomb eine gegebene Größe ist, nämlich 96540, und -außerdem das Produkt einer gegebenen Wärmemenge äquivalent ist (34200 -cal.), so muß die Klemmenspannung einen bestimmten Wert haben. - -Bezeichnen wir diese Spannung mit E, so gilt die Beziehung - - 96540 . E Wattsek. (Volt-Coulomb) äquival. 34200 cal. - -1 Wattsekunde ist aber gleichwertig 0,239 cal. Daher - - 96540 . E . 0,239 = 34200 oder - 23070 . E = 34200. - -E ist also ungefähr gleich 1,5 Volt. Man sollte nun erwarten, daß eine -Zersetzung des Wassers mit einer geringeren Spannung als 1,5 Volt nicht -möglich ist. Von verschiedenen Forschern wurde aber nachgewiesen, daß -man bei geeigneter Versuchsanordnung mit elektromotorischen Kräften in -der Nähe von 1,1 Volt Gasentwickelung beobachtet[11]. Die von uns -gezogenen Schlüsse entsprechen demnach nicht den Erfahrungstatsachen; -wir müssen uns daher noch eingehender mit der Beziehung zwischen der -chemischen und elektrischen Energie beschäftigen. - -~Thomsonsche Regel.~ In den galvanischen Elementen, zu denen wir auch -den Akkumulator zu rechnen haben, entsteht die elektrische Energie, die -das Element abgibt, aus chemischer Energie. Wir wählen als Beispiel das -Daniell-Element: Zn in ZnSO₄ + aq und Cu in CuSO₄ + aq, weil bei ihm die -Vorgänge leicht zu übersehen sind. Gibt das Element Strom ab, so geht -Zink in Lösung, und Kupfer schlägt sich auf der positiven Elektrode -nieder. - -~Beide~ Vorgänge kann man durch ~eine~ Gleichung ausdrücken - - Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄ (7). - -Der durch die Gleichung (7) dargestellte Vorgang ist mit -Wärmeentwicklung verbunden; dies kann man dadurch leicht nachweisen, daß -man auf Zinkspäne Kupfervitriollösung gießt. Dann löst sich Zink, und -Kupfer wird abgeschieden. In der Daniell-Kette gehen die Lösung des -Zinks und die Fällung des Kupfers an ~verschiedenen Stellen~ vor sich. -Das Element möge 96540 Coulomb abgegeben haben. Es hat sich dann 1 -Grammäquivalent[12] Zink (65/2 Gramm) gelöst und 1 Grammäquivalent = -63,5/2 g Kupfer hat sich niedergeschlagen. Die dem ganzen chemischen -Umsatze entsprechende Wärme, die man die ~Wärmetönung des Elementes~ -nennt, werde mit q bezeichnet. Man nahm früher an, daß die -elektromotorische Kraft eines galvanischen Elementes durch die -Wärmetönung allein bestimmt sei. Bei dieser Annahme gelangt man zu der -vorhin entwickelten Gleichung - - q - e = -----, - 23070 - -die man die ~Thomsonsche Regel~ nennt. Diese liefert, auf das -Daniell-Element angewandt, einen mit der Erfahrung gut übereinstimmenden -Wert, weil, wie wir später sehen werden, seine elektromotorische Kraft -von der Temperatur unabhängig ist. Bei anderen Elementen findet man aber -einen Unterschied zwischen der berechneten und gemessenen -elektromotorischen Kraft; ganz versagt die Thomsonsche Regel bei den -Konzentrationsketten[13]. - -Thomson ging von der Voraussetzung aus, daß die ~ganze~ dem chemischen -Umsatze entsprechende Energie und ~nur diese~ im Elemente in -elektrische Energie umgewandelt werde, daß sich also das Element während -der Stromabgabe weder erwärme noch abkühle. (Wenn übrigens hier und im -folgenden von der Erwärmung eines Elementes die Rede ist, so soll die -betreffende Wärme nicht als Joulesche Wärme aufgefaßt werden. Wir nehmen -an, daß diese durch die Wahl sehr großer Elektroden, die einen kleinen -Abstand haben, verschwindend klein gemacht sei.) Diese Voraussetzung -trifft aber im allgemeinen, wie durch experimentelle Untersuchungen von -~Braun~, ~Raoult~ u. a. nachgewiesen wurde, nicht zu. - -Durch Anwendung des zweiten Hauptsatzes der mechanischen -Wärmetheorie[14] auf die galvanischen Elemente gelangte ~Helmholtz~ zu -der Gleichung - - q - E = ----- + c . T. - 23070 - -w ist wieder die Wärmetönung, entsprechend dem chemischen Umsatz bei -einer Stromentnahme von 96540 Coulomb, T ist die absolute Temperatur[15] -und c der „~Temperaturkoeffizient~‟. Um diesen neuen Begriff zu -erklären, wählen wir als Beispiel den Akkumulator. Die Säure eines -geladenen Akkumulators habe das spezifische Gewicht 1,15. Durch sehr -genaue Messungen findet man, daß die elektromotorische Kraft mit der -Temperatur wächst und zwar für 1° um 0,0004 Volt. Die Zahl 0,0004 ist -der Temperaturkoeffizient unseres Akkumulators; c gibt also hier an, um -wieviel Volt die elektromotorische Kraft steigt, wenn die Temperatur der -Substanzen des Akkumulators um 1° Celsius erhöht wird. - -Bei dem gewählten Beispiele ist c positiv. In dem Akkumulator wird also -nicht nur die dem chemischen Umsatz entsprechende chemische Energie -(Wärmetönung) in elektrische Energie umgewandelt, sondern auch noch -Wärme, die zunächst den Substanzen des Elementes und dann der Außenwelt -entzogen wird. -- Bei 17° Celsius ist die elektromotorische Kraft des -Akkumulators bei der angenommenen Säuredichte um 290 . 0,0004 = 0,116 -Volt größer, als sie nach der Thomsonschen Regel sein müßte. - -Für die Daniellsche Kette ist der Temperaturkoeffizient gleich Null, so -daß die Helmholtzsche Relation in die Gleichung E = q/23070 übergeht. - -Wenn einer Erhöhung der Temperatur eine Abnahme der elektromotorischen -Kraft eines Elementes entspricht, so ist der Temperaturkoeffizient -negativ. In diesem Falle liefert die Thomsonsche Regel einen zu großen -Wert für die elektromotorische Kraft, und das Element erwärmt sich -während der Stromabgabe, indem ein Teil der Wärmetönung als Wärme zum -Vorschein kommt. - -Die ~Helmholtzsche Relation gilt nur für umkehrbare~ oder reversibel -arbeitende ~Elemente~; kann man umgekehrt nachweisen, daß für ein -Element die Helmholtzsche Relation gilt, so ist es ein umkehrbares. - -Wir sind hier auf die ~Einteilung der galvanischen Elemente in -umkehrbare und nichtumkehrbare~ gestoßen, die kurz besprochen werden -soll: Zu den umkehrbaren Elementen gehört das uns schon bekannte -Daniell-Element. Den stromliefernden Prozess können wir durch die -Gleichung - - Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu - -darstellen, d. h. Zink geht aus dem metallischen Zustand in den -Ionenzustand und Kupfer aus dem Zustand des Ions in den metallischen -über. Hat das Element 96540 Coulomb abgegeben, so hat es eine Arbeit von -96540 . 1,1 Watt geleistet, vorausgesetzt daß die elektromotorische -Kraft 1,1 Volt beträgt. Nach der angegebenen Stromentnahme schicken wir -durch das Element den Strom einer Thermosäule (oder irgend einer anderen -Stromquelle), dessen Richtung die umgekehrte ist, wie die des -Entladestromes; jetzt geht Zink aus dem Zustand des Ions in den -metallischen und Kupfer aus dem metallischen Zustand in den des Ions -über; die im Elemente sich abspielenden Vorgänge, können durch die -Gleichung - - ZnSO₄ + Cu = CuSO₄ + Zn - -dargestellt werden. Die Umkehrbarkeit tritt schon äußerlich zutage; -denn, die letzte Gleichung ist die Umkehrung der vorletzten. Wir können -beide Gleichungen vereinigen zu - - CuSO₄ + Zn ⇄ ZnSO₄ + Cu. - -Für die Entladung ist diese Gleichung von links nach rechts, für die -Ladung von rechts nach links zu lesen. - -Bei der Ladung müssen wir eine elektromotorische Kraft anwenden, die -etwas größer ist als diejenige des Elementes. Ist aber der innere -Widerstand der Kette sehr klein und der Ladestrom nicht groß, so -unterscheidet sich die für die Ladung erforderliche Spannung nur um -einen sehr kleinen Betrag von der elektromotorischen Kraft des -Elementes, und wir können praktisch die Ladespannung zu 1,1 Volt -annehmen. Soll während der Stromzufuhr genau soviel Cu in Lösung gehen, -wie sich bei der Stromabgabe niedergeschlagen hatte, so müssen wir in -das Element gerade soviel Elektrizität hineinschicken, wie wir ihm -entnommen hatten, bei unserer Annahme also 96540 Coulomb. Wenn dieses -geschehen ist, so haben wir das Element wieder in seinen ursprünglichen -Zustand zurückversetzt, und hierzu bedarf es einer elektrischen Energie -von 96540 . 1,1 Watt. - -Der Nutzeffekt ist also theoretisch gleich 100%. In Wirklichkeit liegen -die Verhältnisse etwas anders, weil sowohl bei der Ladung als auch bei -der Entladung der innere, selbst bei großen Elementen nicht unbedeutende -Widerstand überwunden werden muß[16]. Infolgedessen ist bei der -Entladung die nutzbare Spannung, die Klemmenspannung, kleiner als 1,1 -Volt, während die bei der Ladung aufzuwendende E.M.K. größer als 1,1 -Volt ist (siehe auch Polarisation durch Konzentrationsänderungen). - -Die vorigen Betrachtungen lassen sich nicht auf das Voltasche Element - - Zink | verd. Schwefelsäure | Kupfer - -übertragen. Bei dieser Kette geht bei Stromentnahme Zink in Lösung, und -Wasserstoff wird frei (an der Kupferplatte). Der stromliefernde Prozeß -kann demnach durch die Gleichung - - Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂ - -dargestellt werden. - -Bei der Ladung wird das Zink nicht wieder gebildet; es bildet sich -vielmehr Kupfersulfat (Kupfer geht in Lösung), und es wird auch jetzt -Wasserstoff frei: - - Cu + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂. - -Man kann also durch Elektrizitätszufuhr das Element nicht wieder in -seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen. Nach Entnahme und darauf -folgender Zufuhr von je 96540 Coulomb ist ein Grammäquivalent Zink und -ein Grammäquivalent Kupfer in der Lösung, und zwei Grammäquivalente -Wasserstoff sind in Freiheit gesetzt, so daß also ein gewisser -chemischer Umsatz zu verzeichnen ist, für den eine Kompensation -vorhanden sein muß. Die bei der Ladung dem Element zugeführte -elektrische Energie muß größer sein als die bei der Entladung gewonnene. -Da aber die Strommenge in beiden Fällen dieselbe ist (96540 Coulomb), so -muß die Ladespannung größer sein als die elektromotorische Kraft des -Elementes. „Dies ist nur möglich, wenn durch den Transport von -Elektrizität eine elektromotorische Gegenkraft geweckt wird, d. h. wenn -das Element sich polarisiert‟. (Nernst, Theoretische Chemie.) Das -Voltasche Element, von dem die Rede war, ist ein nichtumkehrbares. - -Unsere Betrachtungen über galvanische Elemente haben uns zu der -Erscheinung der ~Polarisation~ geführt, die bei der Elektrolyse der -verdünnten Schwefelsäure, von der wir ausgegangen sind, eine sehr -wichtige Rolle spielt. Bevor wir die Polarisation vom Standpunkte der -Ionentheorie betrachten, wollen wir uns Klarheit verschaffen über die -~osmotische Theorie der Stromerzeugung~. Als Ausgangspunkt diene ein -Nichtelektrolyt, und zwar wählen wir eine Zuckerlösung. Der feste -Zucker, in Wasser gebracht, hat die Tendenz, seine Moleküle in das -Wasser zu treiben (man vergleiche hiermit die Verdampfungstension). Der -osmotische Druck der bereits in Lösung gegangenen Zuckermoleküle wirkt -der ~Lösungstension~ entgegen, er sucht Zuckermoleküle auf die -Zuckerstückchen zu befördern. Solange die Lösung nichtgesättigt ist, -überwiegt der Lösungsdruck (die Lösungstension). Dieser ist also gleich -dem osmotischen Drucke einer gesättigten Zuckerlösung. - - Wir haben also ähnliche Verhältnisse wie bei der Verdampfung; der - Verdampfungstension wirkt der Dampfdruck entgegen, und die Verdampfung - geht solange vor sich, bis sich die beiden Kräfte das Gleichgewicht - halten. - -Nach der ~Nernstschen Theorie~ hat jedes Metall, das in Wasser oder in -eine Lösung eingetaucht wird, mehr oder weniger das Bestreben sich zu -lösen; man muß den Metallen also eine Lösungstension zuschreiben. Von -anderen Substanzen unterscheiden sich die Metalle aber wesentlich -dadurch, daß sie nicht anders als positiv geladen, d. h. in Gestalt -positiver Ionen, in Lösung zu gehen imstande sind. Man bezeichnet daher -ihre Lösungstension als ~elektrolytische~. Befinden sich in der Lösung -Ionen des betreffenden Metalles, so wirkt der osmotische Druck dieser -Ionen der Lösungstension entgegen. - -[Illustration: Fig. 1.] - -Das Zink hat eine außerordentlich hohe Lösungstension, sie ist größer -als der höchste erreichbare osmotische Druck der Zinkionen in -Zinksalzlösung. Taucht man daher eine Zinkstange in Zinksulfatlösung -ein, so treibt das Zink Ionen in die Lösung hinein, wie dies in Fig. 1 -schematisch angedeutet ist. Infolgedessen wird das Metall negativ -elektrisch und die Flüssigkeit in nächster Nähe positiv. - -Die in die Lösung getriebenen Zinkionen befinden sich in unmittelbarster -Nähe des Zinkstabes und werden von der negativen Elektrizität der -Elektrode angezogen. Wie man leicht einsieht, wirkt die elektrostatische -Anziehung („ungleichnamige Elektrizitäten ziehen sich gegenseitig an‟) -in demselben Sinne wie der osmotische Druck der vorhandenen Zinkionen -und entgegen der Lösungstension. Sie erreicht wegen des außerordentlich -kleinen Abstandes der beiden Ladungen, schon wenn ganz minimale Mengen -Zink in Lösung gegangen sind, einen außerordentlich hohen Wert. Noch ehe -wägbare Mengen Zink in Lösung gegangen sind, hat sich ein -Gleichgewichtszustand ausgebildet. - -Die Lösungstension des Kupfers ist klein; sie ist kleiner als der -osmotische Druck selbst sehr stark verdünnter Kupfersulfatlösungen. Wenn -man also einen Kupferstab in Kupfervitriollösung eintaucht, so gehen, -getrieben durch den osmotischen Druck, Kupferionen aus der Lösung auf -den Kupferstab; das Kupfer wird also positiv und die Flüssigkeit negativ -elektrisch. Auch hier bildet sich bald ein Gleichgewichtszustand aus. -Das Potential macht an der Grenze Metall -- Flüssigkeit einen Sprung. - -Wenn man beim Daniell-Element den Zinkstab und die Kupferelektrode -miteinander verbindet, so fließt positive Elektrizität von der Kupfer- -und negative von der Zinkelektrode weg, das Gleichgewicht an beiden -Elektroden wird gestört, so daß neues Zink in Lösung gehen und neues -Kupfer sich auf der positiven Elektrode niederschlagen kann. An der -einen Elektrode werden also positive Ionen in den Elektrolyten hinein-, -an der anderen aus dem Elektrolyten herausgedrückt. - -Wir wollen jetzt annehmen, daß wir ~verdünnte Schwefelsäure zwischen -Platinelektroden elektrolysieren~. An der Kathode wird Wasserstoff frei. -Platin hat nun die Fähigkeit, Gase, besonders Wasserstoff, zu -absorbieren. Man kann sich hiervon leicht durch den Augenschein -überzeugen: Man schalte in den Stromkreis ein Amperemeter ein; obschon -dieses bei Stromschluß einen stärkeren Strom anzeigt, beobachtet man -doch nicht sofort das Auftreten von Gasblasen. Das unmittelbar nach -Stromschluß entwickelte Gas dringt in das Platin ein und zwar zunächst -in eine unendlich dünne an der Oberfläche liegende Schicht, es wird -gelöst (okkludiert). Ferner wird ein Teil des nach Stromschluß frei -gewordenen Wasserstoffs bezw. Sauerstoffs von dem Elektrolyten -absorbiert. - -[Illustration: Fig. 2.] - -Wir haben also, wenn der zersetzende Strom, der primäre Strom, kurze -Zeit durch den Wasserzersetzungsapparat geflossen ist, eine mit -Wasserstoff und eine mit Sauerstoff beladene Elektrode in verdünnter -Schwefelsäure vor uns, und diese Kombination ist ein galvanisches -Element, die sogen. ~Knallgaskette~. Unterbrechen wir den primären -Strom, so fließt bei der Schaltung nach Fig. 2[17] ein Strom durch das -Voltmeter (~Polarisationsstrom~). Die elektromotorische Kraft unserer -Gaskette nimmt nach Abschaltung der den Zersetzungsstrom liefernden -Stromquelle schnell ab, auch wenn man ihr keinen Strom entnimmt, indem -die von den Elektroden absorbierten Gase in die Flüssigkeit und in die -tieferen Schichten der Elektroden hineindiffundieren, sodaß die -Konzentration der Gase in den Elektroden kleiner wird. - -Sobald die Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure beginnt, wird unser -elektrolytischer Apparat in eine Knallgaskette umgewandelt. Die -abgeschiedenen Gase haben das Bestreben, in den Ionenzustand -zurückzukehren, und es wird eine elektromotorische Gegenkraft geweckt. -Diese sucht einen Strom ins Leben zu rufen, der den Batteriestrom -bekämpft. Das Auftreten einer elektromotorischen Gegenkraft in einem -elektrolytischen Apparate nennt man ~Polarisation~[18]. - - Die bei der Elektrolyse des Wassers auftretende Polarisation ist von - verschiedenen Umständen abhängig, von der Natur, Gestalt, Größe der - Elektroden, von den Veränderungen, die sie während der Elektrolyse - erleiden, von den Konzentrationsänderungen des Elektrolyten an den - Elektroden, von der Stromdichte etc. - -Um eine ~Gaselektrode~ zu erhalten, steckt man ein platiniertes -Platinblech von unten in ein oben geschlossenes Rohr, dessen unterer -Teil in den Elektrolyten eintaucht. Das Rohr sei mit dem betreffenden -Gase (z. B. Wasserstoff) derart gefüllt, daß sich das Platinblech zum -großen Teil im Gase befindet, zum kleinen Teile in der Flüssigkeit (Fig. -3). Das platinierte Platin absorbiert eine gewisse Gasmenge, es ist -selbst elektromotorisch nicht tätig, dient nur als Zu- und Ableiter der -Elektrizität. „Vermöge seines Lösungsvermögens für Gase kommt ihm die -Fähigkeit zu, den Übergang aus dem Gas- in den Ionenzustand und -umgekehrt ohne Hindernis zu gestatten. Eine solche Elektrode, z. B. eine -Wasserstoffelektrode, gehört, wie ~Le Blanc~ experimentell gezeigt hat, -zu der Klasse der umgekehrten Elektroden (wie Kupfer in -Kupfersulfatlösung). Dieselbe Arbeit, die wir beim freiwilligen -Übergang aus dem Gas- in den Ionenzustand gewinnen können, müssen wir -aufwenden, um den Vorgang rückgängig zu machen.‟ (Le Blanc, Lehrbuch der -Elektrochemie, S. 162.) - -[Illustration: Fig. 3.] - -Tauchen zwei Gaselektroden der beschriebenen Art, und zwar eine von -Wasserstoff und eine von Sauerstoff bespülte, in verdünnte Schwefelsäure -(s. Fig. 3), so erhält man eine Knallgaskette, die längere Zeit, falls -der entnommene Strom eine gewisse Stärke nicht überschreitet, eine -konstante elektromotorische Kraft hat. Der Vorgang in der Kette ist nach -~Glaser~ folgender: Die Sauerstoffelektrode sendet Sauerstoffionen in -den Elektrolyten[19]. Dort verbinden sie sich mit zwei Wasserstoffionen -zu Wasser. Das überschüssige SO₄-Ion veranlaßt zwei Atome des -okkludierten Wasserstoffs als Ionen in die Lösung zu treten[20]. Der -stromliefernde Prozeß ist also die Vereinigung von Wasserstoff und -Sauerstoff zu Wasser. - -Die elektromotorische Kraft der Knallgaskette hängt von dem Drucke ab, -unter dem die Gase stehen. Von diesem Drucke hängt die Konzentration des -Gases (nicht der Ionen) in der Lösung und von dieser die Konzentration -des in der Elektrode absorbierten Gases ab; je größer aber diese -letztere Konzentration ist, um so größer wird die elektrolytische -Lösungstension des Gases, um so größer auch die elektromotorische Kraft. - -Bei Atmosphärendruck beträgt die elektromotorische Kraft der -Knallgaskette etwa 1,1 Volt. Erniedrigt man den Druck, so nimmt die -elektromotorische Kraft ab; ist der Druck der beiden Gase so klein, daß -er nahezu Null ist, so hat die elektromotorische Kraft einen sehr -kleinen Wert. Schalten wir eine elektromotorische Kraft entgegen (d. h. -verbinden wir den positiven Pol einer fremden Stromquelle mit der -Sauerstoffelektrode usw.), die die elektromotorische Kraft der -Knallgaskette nur um einen ganz geringen Betrag übertrifft, so wird das -zwischen den Elektroden befindliche Wasser zersetzt. - -Die ~Wasserzersetzung zwischen platinierten Platinelektroden ist daher -ein reversibler Vorgang~ oder die Knallgaskette gehört zu den -umkehrbaren Elementen. - -Für den Fall, daß die Elektrolyse sichtbare Gasblasen liefert, ist die -Zersetzungsspannung, d. h. die Potentialdifferenz der beiden Elektroden, -um die anodische und kathodische Überspannung größer als die -elektromotorische Kraft der Knallgasketten (ca. 1,1 Volt). Le Blanc wies -nach, daß die Mindestspannung bei Platinelektroden 1,68 Volt beträgt. - -Berücksichtigen wir, daß die elektromotorische Kraft der Knallgaskette -mit abnehmendem Drucke der beiden Gase kleiner wird, so ergibt sich das -höchst beachtenswerte Resultat, daß die zur Zersetzung des Wassers -aufzuwendende Energie von einem sehr kleinen Betrage bis zu einer -gewissen Höhe variieren kann. - - Auch dann, wenn man einen Wasserzersetzungsapparat mit einer - Stromquelle verbindet, deren elektromotorische Kraft kleiner als 1,1 - Volt ist, fließt, wie man an einem eingeschaltenen Galvanometer - erkennen kann, Strom durch die Zelle. Da nach Unterbrechung des - Stromes ein Polarisationsstrom nachweisbar ist, so muß eine - Elektrolyse stattgefunden haben. Man kann dies folgendermaßen - erklären: Beim Einschalten ist noch keine elektromotorische Gegenkraft - vorhanden; es fließt also Strom durch die Zelle, und es werden geringe - Mengen H und O an den Elektroden abgeschieden. Diese werden von den - unmittelbar an der Oberfläche liegenden (unendlich dünnen) Schichten - der Elektroden absorbiert, und es entsteht eine Gegenspannung. Da dann - der absorbierte Wasserstoff bezw. Sauerstoff in die tiefer gelegenen - Schichten der Elektrode und in die umgebende Flüssigkeit - hineindiffundiert, so sinkt die Gegenspannung. Würde diese Gasabgabe - nicht erfolgen, so würde bald die Gegenspannung gleich der - elektromotorischen Kraft der Stromquelle sein und der Strom - verschwinden. - -Außer der Gaspolarisation kommen bei galvanischen Elementen und -bei der Elektrolyse noch ~Störungen~ in Betracht, die ~durch -Konzentrationsänderungen~ innerhalb des Elektrolyten ~verursacht~ -werden. - -Die beiden Ionenarten eines Elektrolyten erfahren zwar, falls sie gleich -große Ladungen haben, gleichen Antrieb in dem Felde zwischen den -Elektroden, sie haben aber, da ihre Beschaffenheit (Masse, Größe) nicht -die gleiche ist, verschiedene Widerstände zu überwinden (Hittorf). - -Infolge ungleicher Wanderungsgeschwindigkeit der beiden Ionenarten wird -nun der Elektrolyt in der Nähe der einen Elektrode stärker, in der Nähe -der anderen Elektrode schwächer konzentriert. - -Elektrolysiert man z. B. Kupfervitriollösung zwischen Kupferelektroden, -so wird, obschon der gesamte Gehalt an CuSO₄ unverändert bleibt, der -Elektrolyt in der Nähe der positiven Elektrode reicher und in der Nähe -der Kathode ärmer an CuSO₄; die Konzentrationsänderungen werden bei -größerer Stromdichte nach etwa 1 Stunde ohne weiteres sichtbar, wenn man -als elektrolytischen Apparat eine Röhre benutzt, deren Achse vertikal -gerichtet ist, wie es in der Fig. 4 angedeutet ist. Indirekt kann man -die Konzentrationsunterschiede dadurch nachweisen, daß man nach -Abschaltung der den Zersetzungsstrom liefernden Stromquelle die -Elektroden mit einem Galvanoskop verbindet. Die elektromotorische Kraft -der Konzentrationskette, in die sich ein elektrolytischer Apparat bei -(längerem) Stromdurchgang verwandelt, ist der elektromotorischen Kraft -der Batterie ebenfalls entgegengesetzt gerichtet. - -[Illustration: Fig. 4.] - - Wie sich aus den vorhergehenden Betrachtungen ergibt, ist die - Polarisation bei der Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure - keineswegs eine konstante Größe. Man kann sich hiervon leicht in - folgender Weise überzeugen: Man messe bei verschiedenen Stromstärken - i₁, i₂, i₃ die Klemmenspannung des Wasserzersetzungsapparates; die - gefundenen Werte seien e₁, e₂, e₃. Unter der Annahme, daß die - Polarisation konstant sei, berechne man aus je zweien der drei - Gleichungen - - e₁ - e e₂ - e e₃ - e - i₁ = ------, i₂ = ------, i₃ = ------ - w w w - - (e = elektromotorische Kraft der Polarisation) - - den Widerstand w des elektrolytischen Apparates; man erhält dann für w - Werte, die sehr verschieden sind. - -Wir haben früher durch (vorläufige) energetische Berechnungen das -Resultat abgeleitet, daß die Spannung, die für die Zersetzung des -Wassers nötig ist, etwa 1,5 Volt betragen müßte; andererseits haben wir -gesehen, daß man schon bei elektromotorischen Kräften von etwa 1,1 Volt -eine Elektrolyse des Wassers beobachtet hat. Es fragt sich, wie man den -(scheinbaren) Widerspruch beseitigt. Zunächst ist zu berücksichtigen, -daß bei der Elektrolyse des Wassers keineswegs der Prozeß - - 2H + O = H₂O - -rückgängig gemacht wird[21]; das wäre richtig, wenn durch den Strom erst -eine Zerlegung der Wassermoleküle in ihre beiden Komponenten bewirkt -würde. Die Tätigkeit des Stromes besteht aber darin, daß ~vorhandene~ -Ionen in den atomistischen Zustand übergeführt werden; es spielen sich -also bei der Elektrolyse die den folgenden Gleichungen entsprechenden -Vorgänge ab: - - 2H· + 2⊖ = 2H[22] - O′′ + 2⊕ = O bezw. - 2OH′ + 20⊕ = 2OH und - H + H = H₂ } Molekülbildung - O + O = O₂ } - bezw. 2OH = H₂O + O. - -Wir sind gar nicht berechtigt, zu behaupten, daß die diesen Prozessen -entsprechende Energie gleich ist der Wärmetönung des Vorganges, bei dem -sich Wasserstoff und Sauerstoff miteinander verbinden[23]. Ferner haben -wir gesehen, daß bei gewissen galvanischen Elementen nicht nur die der -Wärmetönung entsprechende Energie in elektrische umgewandelt wird, -sondern auch noch Wärme, die den Substanzen des Elementes bezw. der -Außenwelt entzogen wird: dementsprechend dürfen wir ~bei der Elektrolyse -nicht erwarten, daß die Zersetzungsspannung durch die Wärmetönung allein -bestimmt sei~. - - Die Helmholtz’sche Relation gilt, wie wir gesehen haben, für - umkehrbare galvanische Elemente. Ist die Knallgaskette ein umkehrbares - Element, so dürfen wir auf dasselbe die Helmholtz’sche Gleichung - anwenden. Smale fand, wie bereits bemerkt wurde, daß bei 1,1 Volt[24] - zwischen Palladiumelektroden, die bekanntlich Wasserstoff sehr stark - absorbieren, eine sichtbare Gasentwicklung stattfand. Bei mäßiger - Entladung zeigte das Gaselement bei 20° Celsius dieselbe - elektromotorische Kraft (also 1,1 Volt). Wenden wir die Helmholtz’sche - Relation an, so ergibt sich die Gleichung: - - 34200 - 1,1 = ----- + c . 293. - 23070 - - Hieraus ergibt sich für den Temperaturkoeffizient c der Wert -0,0014. - Durch Messungen ergab sich, daß der Temperaturkoeffizient den aus der - Helmholtz’schen Gleichung gefundenen Wert hat. Die Wasserzersetzung - resp. Wasserbildung mit 1,1 Volt ist also ein reversibler Prozeß. - - [1] Die Frage, welche Verbindung des Bleies mit Sauerstoff sich - bildet, ist unwesentlich. Aus dem vorhandenen Oxyde bildet die Säure - wahrscheinlich zuerst Bleisulfat, und dieses wird zu Blei reduziert. - - [2] Allerdings nicht vollständig; mit wachsendem Druck wird der - Unterschied in der Durchlässigkeit immer kleiner. - - [3] Schon ~Helmholtz~ hatte in seiner Faraday-Rede der Elektrizität - eine atomistische Struktur zugeschrieben. Die Elektrizitätsatome - sollen im Folgenden als ~Elektronen~ bezeichnet werden; für diese - wählen wir die Symbolen ⊕ und ⊖. Die Elektronen sehen wir als neue - einwertige Elemente an. Ein positives Elektron kann sich mit einem - negativen vereinigen zu einem Neutron ⊕-⊖. - - [4] Dieses wurde von zwei schwedischen Forschern, ~Guldberg~ und - ~Waage~, aufgestellt. Näheres siehe Nernst, Theoretische Chemie. - - [5] Dieses oder ein anderes vorhandenes Kupfersulfatmolekül spaltet - sich elektrolytisch, so daß das SO₄-Ion neu gebildet wird. Der Effekt - ist also derselbe, als ob ein Kupferatom der positiven Elektrode, mit - Elektrizität beladen, also als Ion, in die Lösung gegangen wäre. Nimmt - man dieses an, so ist der ganze Vorgang rein primär. - - [6] S. Nernst, Theoretische Chemie, 4. Aufl., S. 468. - - [7] Caspari, Zeitschr. für physik. Chemie, 1899, 30, 89. - - [8] Bei höherer Stromdichte (Anzahl Ampere pro 1 dm²) wächst die - Überspannung noch und erreicht ihren maximalen Wert erst, nachdem die - Elektrolyse längere Zeit in Gang gehalten worden ist. Ähnliches gilt - für die anodische Überspannung. - - [9] ~Coehn~ und ~Osaka~, Zeitschr. für anorganische Chemie, 1903, - =34=, 86. - - [10] Näheres s. ~H. Danneel~, Spezielle Elektrochemie, S. 44, und über - die Bildung von Überschwefelsäure ebendaselbst S. 67. - - [11] ~Smale~ benutzte Palladiumelektroden, die bekanntlich die - abgeschiedenen Gase, besonders Wasserstoff in hohem Grad zu - absorbieren vermögen; er beobachtete schwache Gasentwicklung bei 1,062 - Volt (~Arrhenius~, Lehrbuch d. Elektrochemie, 1901, S. 241). ~Nernst~ - und ~Glaser~ (ebenso ~Bose~) konnten nachweisen, daß eine sichtbare - Gasentwicklung schon bei 1,08 Volt eintritt, wenn man eine kleine - Platinspitze als Kathode und eine große platinierte Platinplatte (eine - unpolarisierbare Elektrode) als Anode benutzt. Bei dieser Spannung - werden die Sauerstoff- und Wasserstoffionen entladen. Über den - Reststrom s. S. 14 und 29. - - [12] Aus der Formel - - H₂O schließen wir, daß 1 g H bindet 8 g O; - 8 g O = 1 Grammäquiv. O. - HCl „ „ „ 1 g H „ 35,5 g Cl; - 35,5 g Cl = 1 „ Cl. - Na(OH) „ „ „ 23 g Na ersetzen 1 g H; - 23 g Na = 1 „ Na. - - Aus den Formeln H₂SO₄ und ZnSO₄ schließen wir, daß 65 g Zn ersetzen 2 - g H, oder daß 65/2 g Zn äquivalent sind 1 g H usw. Chemisch - äquivalente Mengen enthalten im Ionenzustand gleiche - Elektrizitätsmengen (~Faraday’sches Gesetz~). 1 Grammäquivalent - enthält im Ionenzustand 96540 Coulomb. - - [13] Schichtet man z. B. über eine starke Kupferchloridlösung eine - schwache Lösung desselben Salzes und taucht in beide Lösungen - Kupferelektroden ein, so findet man, daß ein Galvanoskop, dessen - Klemmen man mit den Elektroden verbindet, einen Strom anzeigt. An der - einen Elektrode geht Kupfer in Lösung, an der anderen schlägt sich - Kupfer nieder. Die elektrische Energie entsteht hier überhaupt nicht - aus chemischer Energie. - - [14] Näheres siehe ~Ostwald~, Entwicklung der Elektrochemie, Leipzig - 1910. - - [15] Ist t die Temperatur in Celsius-Graden, so ist 273 + t = T die - absolute Temperatur. - - [16] Auch aus anderen Gründen ist das Element als Akkumulator - praktisch nicht brauchbar. - - [17] _B_ = Batterie, _W_ = Kurbelrheostat, _A_ = Ampèremeter, _V_ = - Voltmeter, _An_ = Anode, _K_ = Kathode. - - [18] Von einer Gaspolarisation kann beim Bleiakkumulator höchstens - gegen Ende der Ladung die Rede sein. - - [19] Alle negative Ionen liefernde Elemente haben einen hohen - Lösungsdruck. - - [20] Vor Stromschluß verhinderte der osmotische Druck der - Wasserstoffionen innerhalb des Elektrolyten das Eindringen der - Wasserstoffionen. -- Verschwinden aus der Säure zwei Wasserstoffionen, - so ist das Gleichgewicht gestört. - - [21] Das geschieht, wenn man Wasserdampf sehr stark erhitzt. - - [22] Das Wasserstoffion hat einen anderen Energieinhalt als das - Wasserstoffatom, d. h. dem oben angegebenen Prozesse entspricht eine - Wärmetönung. Diese ist allerdings im vorliegenden Falle nicht groß, - bei anderen Ionen aber hat sie bedeutende Werte. - - [23] Wenn man eine Säure und eine Base, beide in wässeriger Lösung, - mischt, so verbinden sich Wasserstoff- und Hydroxylionen zu Wasser. - Beim Zusammentreten von 1 Gramm Wasserstoffionen mit der - entsprechenden Menge OH-Ionen werden 13700 cal. frei. Wir dürfen daher - annehmen, daß, wenn durch elektrolytische Dissoziation des Wassers 1 - Gramm H-Ionen entsteht, 13700 cal. verbraucht werden. Diese Wärme wird - dem Wasser bezw. der Umgebung entzogen. Man ist daher eher berechtigt - zu sagen: die Wärmetönung, die der Elektrolyse des Wassers entspricht, - ist (34200-13700) cal., als zu behaupten, sie beträgt 34200 cal. - - [24] Die elektromotorische Kraft, die der Bildung von Wasser aus den - Elementen, beide von ~Atmosphären~druck, entspricht, wird neuerdings - zu 1,23 Volt angegeben (siehe Handbuch der anorganischen Chemie. 2. - Band, 1. Abteilung. S. 85). - - - - -Zweites Kapitel. - -Die Theorie des Bleiakkumulators. - - -Die ~Geschichte des Akkumulators~ beginnt mit ~Ritters~ Entdeckung der -Polarisationsströme. ~Sinsteden~ erhielt besonders kräftige -Polarisationsströme, als er statt Platin Blei benutzte. Das Verdienst -aber, die Bedeutung des Bleies für die Aufspeicherung der elektrischen -Energie erkannt zu haben, gebührt ~Planté~[25]. Seine ersten Versuche -fielen in die Mitte des vorigen Jahrhunderts, 1879 trat er mit seiner -Erfindung hervor (s. auch Kap. 6). - -~Chemische Theorie.~ Zunächst soll die Stromerzeugung im Bleiakkumulator -besprochen werden, ohne daß auf die Ionentheorie Rücksicht genommen -wird, d. h. vom rein chemischen Standpunkte aus. - -~Planté~ war der Ansicht, daß nur die Elemente des Wassers bei der -Ladung und Entladung an den chemischen Veränderungen, die sich an den -Elektroden abspielen, beteiligt seien. Welche Oxydationsstufe des Bleies -sich an der positiven Elektrode bildet, läßt Planté offen. Das Bild, das -er sich von den Vorgängen verschafft hat, dürfte etwa folgendes sein: -Bei der Entladung wird Bleisuperoxyd (PbO₂) durch Wasserstoff, der -durch die Zersetzung des Wassers frei wird, in eine niedrigere -Oxydationsstufe verwandelt, und Blei wird durch Sauerstoff oxydiert. Das -durch den Strom zersetzte Molekül Wasser wird an der positiven Elektrode -wieder gebildet. Mithin müßte das spezifische Gewicht der Säure während -der Entladung konstant bleiben. Die Erfahrung lehrt uns aber, daß dies -nicht der Fall ist. Die Änderungen der Säuredichte während der Ladung -und Entladung hatte Planté zwar auch beobachtet, aber merkwürdiger Weise -nicht bei der Aufstellung der Theorie verwertet. - -Im Laufe der Zeit sind eine ganze Reihe von Theorien über die chemischen -Vorgänge im Akkumulator aufgestellt worden, von denen verschiedene den -Grundsätzen der physikalischen Chemie ganz und gar widersprechen. Es -soll hier nur diejenige Theorie besprochen werden, die, wie ~Dolezalek~ -in seinem bekannten Werke über Akkumulatoren[26] sagt, bis auf den -heutigen Tag alle Anfechtungen siegreich bestanden hat; es ist dies die -~Sulfattheorie~, als deren Begründer die englischen Forscher ~Gladstone~ -und ~Tribe~ (1883) anzusehen sind. Nach dieser Theorie bildet sich bei -der Entladung an beiden Elektroden Bleisulfat; die Vorgänge können durch -die beiden folgenden Gleichungen dargestellt werden: - - +Elektrode: PbO₂ + H₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O, - -Elektrode: Pb + SO₄ = PbSO₄. - -Durch Addition erhalten wir die dem ~ganzen~ stromliefernden Prozeß -entsprechende Gleichung: - - PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O (1). - -[Illustration: Fig. 5.] - -Bei der Ladung (s. Fig. 5) tritt der Strom an der positiven Elektrode in -die Flüssigkeit ein. Da der Wasserstoff mit dem Strom wandert, so wird -er jetzt an der negativen Platte frei (bei der Entladung an der -positiven Elektrode). Die Prozesse, die sich bei der Ladung abspielen, -entsprechen den folgenden Gleichungen: - - +Elektrode: PbSO₄ + SO₄ + 2H₂O = PbO₂ + 2H₂SO₄ - -Elektrode: PbSO₄ + H₂ = Pb + H₂SO₄. - -Addiert man die beiden Gleichungen und zieht auf beiden Seiten 1 Molekül -Schwefelsäure ab, so erhält man - - 2PbSO₄ + 2H₂O = PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ (2). - -Die beiden Gleichungen (1) und (2) kann man zu einer einzigen -zusammenfassen: - - PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ ⇄ 2PbSO₄ + 2H₂O (3). - -Während der Ladung wird also Wasser verbraucht und Schwefelsäure -gebildet, so daß unsere Gleichung der bekannten Tatsache Rechnung trägt, -daß die ~Säuredichte bei Stromzufuhr größer wird~; während der -~Entladung~ wird nach unserer Gleichung Schwefelsäure verbraucht und -Wasser gebildet, so daß die ~Konzentration~ der Säure ~abnimmt~. - -Wir wollen zunächst die in unserer Gleichung vorkommenden Substanzen -kurz besprechen und vor allem zusehen, wieviel Gramm von jeder einzelnen -pro Amperstunde verbraucht oder gebildet werden. - -Das Bleisuperoxyd hat eine braunrote Farbe. Es leitet in der festen -Form, wie es auf den Platten der Akkumulatoren vorkommt, nach -~Streintz~[27] die Elektrizität halb so gut wie Quecksilber. Der -Verbrauch pro Amperstunde kann folgendermaßen berechnet werden. Auf 2 -Atome Wasserstoff, die herauselektrolysiert werden, kommt gemäß der -Gleichung - - PbO₂ + H₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O - -ein Molekül PbO₂, das umgewandelt wird; auf 1 Gramm Wasserstoff kommen -also (206,5 + 32):2 = 119,25 g Bleisuperoxyd. Da durch 96540 Coulomb 1 -Gramm Wasserstoff abgeschieden wird, so werden durch 1 Amperstunde = -3600 Coulomb an Wasserstoff 3600/96540 = 0,0373 g entwickelt. Der -Verbrauch an PbO₂ pro Amperstunde beträgt also 119,25 . 0,0373 g = 4,46 -Gramm. - -2) Das Blei ist ein weiches Metall von hohem spezifischen Gewichte; sein -elektrochemisches Äquivalent ist, da es zweiwertig ist, 206,5/2 = -103,25, also ein sehr hohes (man vergleiche hiermit das -Äquivalentgewicht des dreiwertigen Aluminiums). Da die Träger der -aktiven Masse, d. h. der an dem chemischen Umsatze beteiligten Stoffe, -aus Blei bestehen müssen, so ist der Bleiakkumulator ein schwerer -Akkumulator. Das aktive Blei ist porös, schwammig (Bleischwamm). Pro -Amperstunde, die der Akkumulator abgibt, müssen 0,0373 × 206,5/2 = 3,85 -g Bleischwamm vorhanden sein. - -3) Verdünnte Schwefelsäure von der bei Akkumulatoren üblicher -Konzentration ist ein Elektrolyt von ausgezeichnetem Leitungsvermögen -(näheres siehe Kap. 3). Wenn 2 Atome Wasserstoff zur Abscheidung -gelangen, werden, wie man aus den beiden auf die Entladung sich -beziehenden Gleichungen ersieht, 2 Moleküle Schwefelsäure verbraucht. Da -das Molekulargewicht der Schwefelsäure 98 ist, so kommen auf 1 g -Wasserstoff 98 g Schwefelsäure. Verbrauch pro Amperstunde also 3,66 g. - -4) Ähnlich findet man, daß pro Amperstunde 18 . 0,0373 = 0,67 Gramm -Wasser bei der Entladung frei werden. - -5) Das Bleisulfat ist in verdünnter Schwefelsäure nur sehr wenig -löslich; infolgedessen bleibt es an den Elektroden haften. Die -Löslichkeit hängt von der Säuredichte ab; sie ist bei 1,22 Säuredichte -ein Minimum, es lösen sich in 1 l solcher Säure nur 12 mgr.[28]. - -~Beweise für die Richtigkeit der Sulfattheorie oder der Gleichung 3.~ An -der Tatsache, daß sich an der negativen Elektrode bei der Ladung Blei -(und nur dieses) bildet, wird wohl kaum noch von jemand gezweifelt; wohl -aber wird hier und da bestritten, daß sich an der positiven Platte nur -Bleisuperoxyd bildet. So z. B. behauptet Darrieus[29], daß geladene -positive Platten Bleisuperoxyd enthalten, das mit Überschwefelsäure -durchtränkt ist. Die Bildung von Überschwefelsäure ist bei normalen -Verhältnissen aus verschiedenen Gründen unwahrscheinlich; bei Ladung mit -sehr hoher Stromdichte, bei der die Klemmenspannung einen hohen Betrag -annimmt, ist sie allerdings nicht unmöglich (s. S. 13), indem dann die -Dichte der Säure in den Poren der aktiven Masse und in der nächsten -Umgebung, wie später gezeigt wird, stark ansteigt, und großer -Säuregehalt für die Bildung von Überschwefelsäure günstig ist. Wird aber -mit den üblichen Stromdichten geladen, so daß die Spannung nicht über -2,7 bis 2,8 Volt steigt (Ende der Ladung), so ist die Entstehung von -Überschwefelsäure höchst unwahrscheinlich. - -Der Akkumulator wäre ferner kein umkehrbares Element, wenn -Überschwefelsäure entstände, da der betreffende Vorgang nicht reversibel -ist; wir werden aber sehen, daß die Helmholtz’sche Gleichung, auf den -Akkumulator angewendet, zu einem richtigen Werte für die -elektromotorische Kraft führt, daß also der Bleiakkumulator zu den -umkehrbaren Elementen zu rechnen ist. Setzt man endlich dem Akkumulator -Überschwefelsäure[30] zu, so sinkt die elektromotorische Kraft, während -sie bei der Ladung langsam steigt. [Durch Versuche von ~Mugdan~[31] -dürfte die Darrieus’sche Theorie übrigens endgültig widerlegt sein.] - -Verschiedene Forscher haben durch chemische Analyse nachgewiesen, daß -sich Bleisuperoxyd in einer unserer Gleichung entsprechenden Weise -bildet. Ferner spricht für die Bildung von Bleisuperoxyd folgender -Versuch. Kombiniert man eine geladene positive Akkumulatorplatte in -verdünnter Schwefelsäure mit einem amalgamierten Zinkstab, so findet -man, daß das betreffende Element eine elektromotorische Kraft von 2,4 -Volt hat; ersetzt man die Akkumulatorplatte durch eine Bleiplatte, die -mit einem Überzug von künstlich dargestellten PbO₂ versehen ist, so hat -diese Kombination ebenfalls eine elektromotorische Kraft von 2,4 Volt. - -Daß sich bei der Entladung Bleisulfat gemäß unserer Gleichung bildet, -kann durch Messungen der Säuredichte nachgewiesen werden. Die einer -bestimmten Strommenge entsprechende Abnahme der Konzentration kann -nämlich aus der Menge der vorhandenen Säure und dem anfänglichen -spezifischen Gewichte derselben leicht berechnet werden. ~W. Kohlrausch~ -und ~C. Heim~, die diesbezügliche Messungen ausführten, fanden, daß die -berechnete Änderung der Säuredichte mit der durch Aräometermessung -gefundenen sehr gut übereinstimmt[32]. - - ~E. Sieg~[33], der die Versuche in dem Laboratorium der Kölner - Akkumulatoren-Werke wiederholen ließ, fand, daß die nach unserer - Gleichung zu erwartende Bildung von 3,66 Gramm Schwefelsäure nie - beobachtet wurde. Wahrscheinlich wurden die gefundenen Abweichungen - durch die in den Poren der aktiven Masse eingeschlossene Säure - verursacht. - -Den Nachweis, daß sich bei der Entladung aus Blei, Bleisuperoxyd und -Schwefelsäure im Sinne unserer Gleichung Bleisulfat und Wasser bilden -und ~zwar primär~ (stromliefernd, wie der chemische Umsatz im -Daniell-Elemente), kann man durch ~thermodynamische Berechnungen~ -führen, indem man nämlich die Helmholtz’sche Relation (s. S. 19) auf den -Akkumulator anwendet: Unserer von links nach rechts gelesenen Gleichung -(3) entspricht ein bestimmter chemischer Umsatz, bei dem eine gewisse -Wärmemenge frei wird (die gesamte Energie des Systems nimmt ab). Die -Wärmetönung (Änderung der gesamten Energie), bezogen auf diejenigen -Mengen Blei, Bleisuperoxyd und Schwefelsäure, die einer Stromentnahme -von 96540 Coulomb entsprechen, sei q. Eine direkte Bestimmung von q im -Kalorimeter ist wegen des langsamen Verlaufes der Reaktionen nicht -ausführbar. Man kann aber aus bekannten Wärmetönungen die dem Umsatze - - Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O - -entsprechende Reaktionswärme berechnen. Hierbei benutzt man den Satz der -konstanten Wärmesumme; nach diesem ist die Wärmetönung unabhängig von -dem Wege, auf dem man ein chemisches System aus einem gegebenen -Anfangszustand in einen bestimmten Endzustand überführt[34]. - -q ist von der Dichte der Akkumulatorsäure abhängig. Wir wollen zunächst -annehmen, daß das spezifische Gewicht der Säure 1,044 sei. Nach -~Streintz~ ist bei dieser Säuredichte die Wärmetönung q = 42850 cal., -nach ~Tscheltzow~ beträgt sie 43850. Wir wählen das arithmetische Mittel -aus diesen beiden Werten, setzen also - - q = 43350 cal. - -Wir müssen noch, ehe wir die Gleichung - - q - E = ----- + c . T, - 23070 - -anwenden können, den ~Temperaturkoeffizienten~ des Akkumulators kennen. -Dieser ist zuerst von ~Streintz~ experimentell bestimmt worden. Dieser -Forscher fand, daß c von der Säuredichte abhängig ist. Bei einer -Säuredichte von 1,16 erreicht er ein Maximum, dieses beträgt 0,36 -Millivolt pro 1° Temperaturänderung. ~Dolezalek~ bestimmte auf -theoretischem Wege den Temperaturkoeffizienten und gelangte zu dem -Resultate, daß ~derselbe sowohl positiv wie negativ sein kann~. Bei -einer Säuredichte von 1,044 ist er[35] gleich Null, bei höheren -Konzentrationen ist er positiv, bei niedrigeren negativ. Hat die -Akkumulatorsäure die übliche Dichte, nämlich 1,18 bis 1,2 nach -beendigter Ladung, so ist c = 0,0004 Volt (angenähert). - -Da bei 1,044 Säuredichte (68,6 Gramm H₂SO₄ pro Liter) c = 0, so muß bei -dieser Konzentration die Thomsonsche Regel angewendet werden. Wird also -durch unsere Gleichung (3) der chemische Umsatz richtig wiedergegeben, -so muß die elektromotorische Kraft - - 43350 - E = ----- = 1,88 Volt sein. - 23100 - -Mißt man die elektromotorische Kraft bei der angegebenen Säuredichte, so -findet man den Wert 1,89 Volt. - -Bei der gewöhnlichen Säuredichte ist die Wärmetönung etwas kleiner als -43350 cal. Die jetzt anzuwendende Helmholtzsche Relation liefert aber -trotzdem einen höheren Wert für die elektromotorische Kraft als den -eben gefundenen (1,88 Volt), weil das Glied c . T einen Wert von mehr -als 0,1 Volt (bei 17° Celsius) hat. Der berechnete und der gemessene -Wert von E stimmen auch jetzt vorzüglich überein. - -Da eine ganze Reihe von Beweisen für die Richtigkeit unserer Behauptung -beigebracht sind (s. auch S. 45), daß der Akkumulator ein umkehrbares -Element ist, in dem sich die chemischen Veränderungen nach der Gleichung -(3) vollziehen, da ferner das ganze Verhalten des Akkumulators mit der -Reaktionsgleichung im Einklang steht, so dürfte es überflüssig sein, auf -andere Theorien näher einzugehen. - -Von den Gegnern der Sulfattheorie wird folgender Einwand erhoben. Wenn -bei einem umkehrbaren galvanischen Elemente der innere Widerstand sehr -klein ist, so darf die für die Ladung nötige Energie nicht oder doch nur -sehr wenig verschieden sein von der bei der Entladung entnommenen -Arbeit. Beim Bleiakkumulator ist aber das Verhältnis zwischen der -abgegebenen und zugeführten elektrischen Energie nur etwa 0,8. Diese -Tatsache dürfte mit dem Charakter der Irreversibilität unvereinbar sein. - -Ehe wir zeigen, daß gar kein Widerspruch gegen die Sulfattheorie -vorliegt, daß man vielmehr mit Hilfe unserer Gleichung die Differenz -zwischen Lade- und Entladeenergie zwanglos erklären kann, wollen wir uns -beschäftigen mit der ~Änderung der elektromotorischen Kraft mit der -Säurekonzentration~[36]. Diese wurde zuerst von ~Streintz~ -nachgewiesen; nach seinen Untersuchungen ist zu Anfang der Entladung - - E = 1,85 + 0,917 (s - 1), - -wo s das spezifische Gewicht der Säure nach der Ladung ist. Man findet -mit Hilfe dieser Gleichung, daß - - für s = 1,05 E = 1,896 - s = 1,1 E = 1,942 - s = 1,2 E = 2,033 - s = 1,3 E = 2,125 - s = 1,55 E = 2,350 - -Diese Werte stimmen mit den durch direkte Messung gefundenen ziemlich -gut überein. - - Es liegt die Frage nahe, warum man in der Praxis bei einer Säuredichte - von 1,1 bis 1,2 geblieben ist. Hier ist zu beachten, daß die - Löslichkeit des Bleisulfates bei hohen Konzentrationen stark zunimmt; - bei 1,6 Säuredichte ist sie etwa 4 mal so groß wie bei einer - Säuredichte von 1,16. Auch tritt bei höheren Säuredichten leichter - Sulfatierung ein (s. Kap. 5) und der spezifische Widerstand der - verdünnten Schwefelsäure liegt bei der üblichen Säuredichte nahe beim - Minimum, bei 1,6 ist er beinahe 3 mal so groß wie bei 1,2. - -Wenn noch ein Zweifel an der Richtigkeit der Sulfattheorie bestand, so -würde dieser gehoben durch Untersuchungen von ~Dolezalek~ über die -Abhängigkeit der elektromotorischen Kraft von der Säuredichte; es ergab -sich, daß die durch Anwendung der Thermodynamik berechneten Werte -vorzüglich mit den experimentell gefundenen übereinstimmten. Der den -Berechnungen zu Grunde liegende Gedanke ist folgender: - -Zwei Akkumulatoren, die wir mit _A_ und _B_ bezeichnen wollen, seien -gegeneinander geschaltet: _A_ enthalte konzentriertere, _B_ verdünntere -Lösung (s. Fig. 6). Man findet, wenn man noch ein Galvanoskop -einschaltet, daß der Akkumulator _A_ Strom abgibt. _A_ wird also -entladen und _B_ geladen. - -[Illustration: Fig. 6.] - -Bei diesen Vorgängen wird - - in _A_ eine gewisse Menge PbO₂ verbraucht, - in _B_ die gleiche Menge PbO₂ erzeugt, - - in _A_ eine gewisse Menge Pb verbraucht, - in _B_ die gleiche Menge Pb erzeugt, - - in _A_ bildet sich eine gewisse Menge PbSO₄, - in _B_ verschwindet die gleiche Menge PbSO₄. - -Betrachten wir die beiden Akkumulatoren als ein chemisches System, so -folgt, daß sich die dem chemischen Umsatze entsprechenden Wärmetönungen, -soweit die festen Substanzen in Betracht kommen, gegenseitig aufheben. -Ferner ändert sich in beiden Akkumulatoren die Konzentration der Säure, -und zwar wird sie in _A_ geringer und in _B_ größer. Die Änderungen der -Säuredichte kann man sich nun auch in der Weise vollzogen denken, daß -aus _A_ Schwefelsäure nach _B_ und aus _B_ Wasser nach _A_ befördert -wird. Diese Transporte (die Wegnahme bezw. der Zusatz von Flüssigkeiten) -sind mit einem Arbeitsgewinn verbunden. Es ergibt sich dies aus -folgenden Betrachtungen. - -Wenn man in Wasser Schwefelsäure gießt, so wird Wärme frei, und zwar ist -die Wärmeentwickelung bei der Mischung von a Grammolekül[37] -Schwefelsäure und b Grammolekül Wasser nach Thomson - - a . b - w = --------- . 17860 cal. - 1,8 a + b - -Nehmen wir an, daß wir 1 Mol Schwefelsäure nicht auf einmal, sondern in -kleinen Quantitäten nach und nach dem Wasser zusetzen, etwa jedesmal 1 -Gramm; es wird dann keineswegs bei jedem Zusatz die gleiche Wärmemenge -frei, sondern zuerst eine größere als später. Es folgt dies schon aus -dem Umstande, daß keine Wärme entwickelt wird, wenn man zu -konzentrierter Schwefelsäure reine Schwefelsäure gießt. Wird umgekehrt -einer Schwefelsäurelösung Schwefelsäure entzogen, so wird Wärme -gebunden, und zwar ist die (negative) Wärmetönung um so kleiner, je -größer die Konzentration der Säure ist. Nennen wir also die -Wärmeentwickelung, die der Beimischung von a Gramm Schwefelsäure zu der -Säure des Akkumulators _B_ entspricht, q₁, und den Wärmeverbrauch bei -der Wegnahme von a Gramm Schwefelsäure aus _A_ q₂, so ist q₁>q₂. Für die -Wärmeentwickelung und den Wärmeverbrauch, mit der die Beimischung und -Entnahme des Wassers verbunden ist, gilt das Umgekehrte wie eben. Die -Wärmetönung des stromliefernden Prozesses besteht also aus vier Posten, -von denen zwei positiv und zwei negativ sind. - -Wollen wir die Helmholtz’sche Relation (s. S. 19) auf das System, -bestehend aus den beiden gegeneinander geschalteten Akkumulatoren, -anwenden, so haben wir für e die Differenz der beiden elektromotorischen -Kräfte (ΔE) zu setzen; die in der Gleichung mit c bezeichnete Größe ist -nicht etwa der Temperaturkoeffizient eines der beiden Akkumulatoren, -vielmehr hat c in dem vorliegenden Falle folgende Bedeutung. A sowohl -wie B möge um 1° Celsius erwärmt werden, dann nimmt ΔE einen etwas -anderen Wert an, der neue Wert sei ΔE′. Es ist dann - - c = ΔE′ - ΔE. - -Da man die Temperaturkoeffizienten des Akkumulators für die -verschiedenen Säuredichten kennt, so kann man den -Temperaturkoeffizienten des Systems und somit auch ΔE bestimmen. Es sind -also alle Größen zur Berechnung der elektromotorischen Kraft (ΔE) mit -Hilfe der Helmholtz’schen Gleichung bekannt. - -Von der Besprechung des anderen Weges, den Dolezalek angibt, die -Änderung der elektromotorischen Kraft mit der Säuredichte zu berechnen, -soll abgesehen werden. Aus der folgenden Tabelle ist zu ersehen, wie -groß die Übereinstimmung zwischen Rechnung und Messung ist. - - Elektromotorische Kraft - Säuredichte berechnet gemessen - 1,553 2,39 Volt 2,355 Volt - 1,420 2,25 „ 2,253 „ - 1,266 2,10 „ 2,103 „ - 1,154 2,06 „ 2,008 „ - 1,035 1,85 „ 1,887 „ - -Der Berechnung der elektromotorischen Kraft des Akkumulators bei -verschiedenen Konzentrationen der Säure liegt die Annahme zugrunde, daß -der Verbrauch an Schwefelsäure und die Bildung von Wasser in einer -unserer Reaktionsgleichung entsprechenden Weise erfolgt. Die gute -Übereinstimmung zwischen den berechneten und den gemessenen Werten der -elektromotorischen Kraft kann daher als ein weiterer überzeugender -Beweis für die Richtigkeit der Sulfattheorie angesehen werden. - -Wir gehen jetzt auf den früher erwähnten Einwand gegen die Sulfattheorie -näher ein. Nach dieser wird bei der Ladung des Akkumulators an beiden -Elektroden Bleisulfat zersetzt und Schwefelsäure gebildet, und zwar -entsteht die Säure sowohl an der Oberfläche der Platten als auch in den -Poren der ~aktiven Masse~[38]. Die an den Plattenoberflächen entstandene -Säure sinkt, wie man an der sogenannten Schlierenbildung gut erkennen -kann, langsam zu Boden. Da aber während der Ladung fortwährend -Schwefelsäure entsteht, so ist jede Elektrode in eine sehr dünne -Schwefelsäureschicht eingehüllt. Ferner füllt sich kurze Zeit nach -Beginn der Ladung jede Pore der aktiven Masse mit stark konzentrierter -Säure; diese wird in den Poren mechanisch festgehalten (Kapillarität) -und kann nur durch Diffusion in den Elektrolyten außerhalb der Platten -gelangen[39]. Die Diffusion aber ist ein Vorgang, der sich nur langsam -vollzieht. Die aktive Masse ist also in Berührung mit Säure höherer -Konzentration. Da aber die elektromotorische Kraft des Akkumulators mit -der Säuredichte nicht unerheblich ansteigt, so ist die Gegenspannung -während der Ladung anormal hoch (s. auch S. 82). - - Die mittels des Aräometers nachweisbare Zunahme der Konzentration der - Säure (zwischen den Platten, die wir die äußere Säure nennen wollen) - hat zwar auch ein Wachstum der elektromotorischen Kraft zur Folge. - Die dieser Zunahme entsprechende Änderung der elektromotorischen Kraft - beträgt nur einige Hundertstel Volt. - -Während der Entladung wird an beiden Elektroden Säure verbraucht; die -Folge ist, daß die Konzentration der Säure in den Poren der aktiven -Masse und unmittelbar an der Oberfläche stark abnimmt. Die -elektromotorische Kraft hat daher einen kleineren Wert als denjenigen, -welcher der Dichte[40] der äußeren Säure entspricht. - -Der Unterschied zwischen Lade- und Entladespannung ist der Hauptgrund -für den verhältnismäßig geringen Nutzeffekt (s. S. 73). Da dieser nun -mit Hilfe der Sulfattheorie erklärt ist, so liegt natürlich kein -Widerspruch vor. - -Wenn die Ladespannung deshalb größer wäre, weil die Vorgänge bei der -Ladung nicht die umgekehrten sind wie bei der Entladung, so müßte, wenn -man plötzlich von der Entladung zur Ladung übergeht oder umgekehrt, die -Spannung sich sprungweise ändern; der Versuch zeigt aber, daß dieses -nicht der Fall ist. - -Falls die aus der Sulfattheorie hergeleitete Erklärung für den -Unterschied zwischen Lade- und Entladespannung den Tatsachen -entspricht, muß dieser Unterschied, wenn man mit sehr geringer -Stromdichte lädt und entlädt, verschwindend klein werden. Ein einfacher -Versuch zeigt, daß dieser Schluß der Wirklichkeit entspricht. - - Ein Akkumulator von etwa 14 Amperstunden Kapazität (bei 3stündiger - Entladung) wurde mit einem Strome von 0,12 Amper geladen. Ein - Millivoltmeter von Siemens und Halske mit Vorschaltwiderstand zeigte - - vor Beginn der Ladung 2,01 Volt - nach einer Ladezeit von 1 Min. 2,02 „ - „ „ „ „ 15 „ 2,03 „ - „ „ „ „ 35 „ 2,04 „ - „ „ „ „ 45 „ 2,04 „ - - Wurde die Ladestromquelle abgeschaltet und dem Akkumulator sofort ein - Strom von 0,12 Amper entnommen, so sank die Spannung nur um 1-2 - Millivolt. -- Zu beachten ist übrigens bei dem Versuche, daß der durch - das Ampermeter gehende Strom nur zum Teil Ladestrom ist, indem der - durch das Voltmeter fließende Strom mitgemessen wird. Bei meinem - Versuche nahm das Voltmeter 0,11 Amp. auf, so daß die Ladestromquelle - 0,23 Amp. abgeben mußte. - -Die bisherigen Darlegungen berechtigten zu der Aufstellung der These, -daß ~nur diejenigen Theorien, die über den Bleiakkumulator aufgestellt -sind, einer streng wissenschaftlichen Prüfung Stand halten, nach denen -der Akkumulator ein umkehrbares Element im Sinne unserer -Reaktionsgleichung~ (Seite 36) ist. -- Es sei hier darauf aufmerksam -gemacht, daß unsere Gleichung nur besagt, daß das System PbO₂ + Pb + -2H₂SO₄ bei der Entladung übergeht in das System 2PbSO₄ + 2H₂O und daß -bei der Ladung das letztere System in das erstere übergeführt wird. Auf -die Frage, wie diese Umwandlung erfolgt, gibt uns natürlich unsere -Gleichung keine Auskunft; jedoch müssen alle Vorgänge bei der Ladung -stromliefernd (primär) erfolgen, ähnlich wie es bei dem Daniell-Elemente -der Fall ist[41]. - -Der eben genannten Bedingung genügen die Theorie von Le Blanc und -diejenige von C. Liebenow, die wir ausführlich besprechen wollen. - -~Theorie von Le Blanc.~ I. _Entladung_. ~Le Blanc~ nimmt an, daß -Bleisuperoxyd in verdünnter Schwefelsäure in geringem Maße löslich ist. -Die in Lösung gegangenen PbO₂-Moleküle bleiben aber nicht als solche in -der Flüssigkeit, sondern verbinden sich mit Wasser unter Bildung von -vierwertigen Bleiionen und Hydroxylionen: - - PbO₂ + 2H₂O = Pb···· + 4OH′ (1). - - Da es chemische Verbindungen gibt, in denen das Blei vierwertig ist, - so können auch vierwertige Bleiionen existieren; das Salz PbCl₄, - dessen Existenz nachgewiesen ist, wird sich sicher nach der Gleichung - - PbCl₄ = Pb···· + 4Cl′ - - in Wasser dissoziieren. Daß ferner ein chemischer Prozess zu einer - Ionenbildung führt, hat nichts Befremdendes mehr, wenn man die Ionen - als chemische Verbindungen ansieht (s. S. 6). - - Ferner haben ~Rixon~ und ~Elbs~[42] nachgewiesen, daß sich in - gebrauchter Akkumulatorsäure verhältnismäßig erhebliche Mengen von - vierwertigem Blei befinden, nämlich bis 0,17 g Pb(SO₄)₂ im Liter. Auch - wurde festgestellt, daß frisch dargestelltes Bleisuperoxyd in - Schwefelsäure zum Teil in Pb(SO₄)₂ überging: - - PbO₂ + 2H₂SO₄ ⇄ Pb(SO₄)₂ + 2H₂O. - -Die mit positiver Elektrizität beladenen Bleiionen wandern mit dem -Strome und geben, an der positiven Elektrode angelangt, an diese zwei -Ladungen ab: - - Pb···· = Pb·· + 2⊕. - - Von den vier Elektronen sind, so wollen wir zur Erklärung hinzufügen, - zwei nur locker gebunden, so daß sie leichter abgegeben werden als die - beiden anderen; ähnlich wie Superoxyde leicht ein Atom Sauerstoff - verlieren. - -Das doppelt geladene Bleiion verbindet sich mit einem SO₄-Ion zu einem -Molekül Bleisulfat. (Die Konzentration der Bleiionen steigt in den Poren -der aktiven Masse stark an, so daß diese das Bestreben haben, den -Ionenzustand zu verlassen.) Da Bleisulfat nur in geringem Maße in -verdünnter Schwefelsäure löslich ist, so ist der Elektrolyt in den Poren -der aktiven Masse und dicht an der Oberfläche der Bleisuperoxydplatte, -nachdem sich eine kleine Menge dieses Salzes gebildet hat, mit -schwefelsaurem Blei gesättigt; es wird sich also bei Stromentnahme -Bleisulfat auf der positiven Elektrode niederschlagen. - -Die beiden Ladungen, die das vierwertige Bleiion abgegeben hat, fließen -durch die Leitung, gelangen zur negativen Elektrode und gehen mit einem -Bleiatom in die Lösung. - - Pb + 2⊕ = Pb·· (s. elektrolyt. Lösungstension). - -Wie an der positiven Elektrode verbindet sich auch hier das Bleiion mit -einem SO₄-Ion zu einem Molekül Bleisulfat, das sich niederschlägt. - -Zwischen den beiden Elektroden spielen sich folgende Vorgänge ab. Wie -wir gesehen haben, werden zwei SO₄-Ionen verbraucht, so daß vier -Wasserstoffionen im Überschuß vorhanden sind; nun sind aber auch durch -die Bildung des vierwertigen Bleiions 4 Hydroxylionen entstanden (siehe -Gleichung 1 a. S. 51). Vor der Stromentnahme war aber der Elektrolyt an -letzterer Ionenart gesättigt. Die Dissoziation von 4 Molekülen -Wasser[43] muß daher zurückgehen; zwischen den Elektroden geht also die -Reaktion vor sich - - 4H· + 4OH′ = 4H₂O. - -Die verbrauchten Wasserstoff- und SO₄-Ionen werden ersetzt durch -Dissoziation von 2 Molekülen H₂SO₄. - - Wir wollen die Vorgänge übersichtlich zusammenstellen: - - a) An der positiven Elektrode. - - 1. PbO₂-Moleküle gehen in Lösung und verbinden sich nach der - Gleichung: - - 2. PbO₂ + 2H₂O = Pb···· + 4OH′. - - 3. Die Bleiionen, die mit dem Strome wandern, geben an die positive - Elektrode zwei Ladungen (Elektronen) ab: - - Pb···· = Pb·· + 2⊕. - - Die beiden Elektronen gehen durch die Leitung hindurch zur Bleiplatte - (s. Nr. 6). - - 4. Pb·· + SO₄′′ = PbSO₄. - - 5. Bleisulfat schlägt sich nieder. - - b) An der negativen Elektrode. - - 6. Die beiden angekommenen positiven Elektronen treten, an ein - Bleiatom gebunden, durch die elektrolytische Lösungstension getrieben, - in den Elektrolyten ein: - - / ⊕ - Pb + 2⊕ = Pb - \ ⊕. - - 7. Wie bei Nr. 4. - - 8. Wie bei Nr. 5. - - c) Zwischen den Elektroden. - - 9. 4H· + 4OH′ = 4H₂O und - - 10. 2H₂SO₄ = 4H· + 2SO₄′′. - - Addiert man die sämtlichen Gleichungen und kürzt[44], so erhält man - die Gleichung - - PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O. - -II. _Ladung_. Es wird gezeigt, daß sich jetzt die Vorgänge in -umgekehrter Reihenfolge und in umgekehrtem Sinne abspielen. - -Bleisulfat ist in verdünnter Schwefelsäure in geringem Maße löslich. Ein -Teil der Bleisulfatmoleküle spaltet sich elektrolytisch nach der -Gleichung - - PbSO₄ = Pb·· + SO₄′′. - - a) Positive Elektrode. - - 1. Auflösung von Bleisulfat -- Umkehrung von I, 5. - - 2. Dissoziation des Bleisulfats -- Umkehrung von I, 4. - - 3. Das Bleiion nimmt an der positiven Elektrode noch zwei Ladungen auf - - Pb·· + 2⊕ = Pb···· (Umkehrung von I, 3). - - 4. Erreicht die Konzentration der vierwertigen Bleiionen (die nur in - ganz minimaler Menge existieren können) einen gewissen Grad, so - verbinden sie sich mit vorhandenen Hydroxylionen zu Bleisuperoxyd und - Wasser[45]: - - Pb···· + 4OH′ = PbO₂ + 2H₂O (Umkehrung von I, 2). - - 5. Bleisuperoxyd ist nur in sehr geringer Menge in der Säure löslich - (existenzfähig); es schlägt sich somit in den Poren und auf der - Oberfläche[46] der aktiven Masse nieder (Umkehrung von I, 1). - - b) Negative Elektrode. - - 6. PbSO₄ geht in Lösung (Umkehrung von I, 8). - - 7. Dissoziation des Bleisulfates (Umkehrung von I, 7). - - 8. Das Bleiion wird von der negativen Elektrode angezogen, gibt seine - beiden Ladungen ab (geht in den atomistischen Zustand über) und - schlägt sich nieder (Umkehrung von I, 6). - - c) Zwischen den Elektroden. - -Es sind zwei neue SO₄-Ionen in die schon von vornherein mit diesen Ionen -gesättigte Lösung gekommen (nämlich durch Dissoziation der beiden -Bleisulfatmoleküle); anderseits sind, da vier OH-Ionen verbraucht -wurden, vier Wasserstoffionen überschüssig. - -Die beiden Ionenarten verbinden sich miteinander zu Schwefelsäure - - 4H· + 2SO₄′′ = 2H₂SO₄ (Umkehrung von I, 10). - -Die verbrauchten Hydroxyl- und Wasserstoffionen werden nachgeliefert -durch Dissoziation von vier Molekülen Wasser - - 4H₂O = 4H· + 4OH′ (Umkehrung von I, 9). - -Daß auch jetzt Addition aller Gleichungen, Kürzung und Vereinfachung zu -unserer Reaktionsgleichung führt, ist selbstverständlich. - -~Theorie von Liebenow.~ Auch Liebenow nimmt an, daß Bleisulfat in -geringem Maße in der Schwefelsäure löslich sei und sich in Blei- und -Sulfationen spalte. Ein wesentlicher Unterschied mit der eben -entwickelten Theorie besteht nun darin, daß Liebenow die Entstehung von -Bleisuperoxydionen in dem Elektrolyten annimmt. Diese bilden sich -entweder dadurch, daß sich ein Teil[47] der vorhandenen Bleiionen mit -Sauerstoffionen vereinigt nach der Gleichung - - Pb·· + 2O′′ = PbO₂′′ - -oder hydrolytisch (unter Mitwirkung des Wassers): - - Pb·· + 2H₂O = PbO₂′′ + 4H·. - -Letzteres wird im folgenden angenommen. Um diese Theorie glaubhaft zu -machen, mußte die Existenz von PbO₂-Ionen nachgewiesen werden. Diesen -Nachweis zu erbringen, gelang ~Liebenow~ und ~Strasser~ -folgendermaßen[48]. Eine Zelle wurde mit Kalilauge gefüllt, die mit -Bleioxyd gesättigt war. Die in die Zelle tauchenden Elektroden waren mit -einer für die Ionen durchlässigen Hülle umgeben, so daß nach Beendigung -des Versuches die jede Elektrode umgebende Flüssigkeit für sich allein -analysiert werden konnte. War die Flüssigkeit längere Zeit -elektrolysiert worden, so fand man, daß der Bleigehalt des die -~positive~ Elektrode umhüllenden Elektrolyten größer geworden war -(ungleiche Wanderungsgeschwindigkeit der verschiedenen Ionenarten, s. S. -30). - -Daraus folgt, daß sich das Kaliumplumbit Pb(KO)₂ nicht in der Weise -dissoziiert, daß Bleiionen entstehen. Denn hätten sich Bleiionen -gebildet, so wären diese als positive Ionen nach der Kathode -hingewandert, und man hätte dort eine Zunahme des Bleigehaltes -beobachtet haben müssen. Mithin muß das Blei einen Bestandteil von -~negativen~ Ionen bilden, es muß mit negativen Ionen an die Kathode -gelangt sein. Man muß also annehmen, daß das Kaliumplumbit sich -elektrolytisch nach der Gleichung - - Pb(KO)₂ = PbO₂′′ + 2K· - -spaltet, d. h. daß Bleisuperoxydionen existieren. - -Wegen der „Überspannung‟ (s. S. 13) werden nun bei Stromzufuhr die Ionen -des Bleies und des Bleisuperoxyds leichter, d. h. bei geringerer -Klemmenspannung, herauselektrolysiert als die übrigen Ionen, die sich in -der verdünnten Schwefelsäure befinden[49]. Obschon die Konzentration -der Pb·· und der PbO₂′′ eine nur ganz geringe ist, so kann ihre -Abscheidung, falls nicht die Stromdichte gar zu sehr gesteigert wird, in -einer dem Faradayschen Gesetze entsprechenden Weise erfolgen. Denn -sobald ein Bleiion und (gleichzeitig) ein Bleisuperoxydion abgeschieden -ist, erfolgt neue Dissoziation von zwei Molekülen Bleisulfat, von denen -das eine mit Wasser ein neues Bleisuperoxydion bildet. Das infolge der -Elektrolyse verbrauchte Bleisulfat wird dem Elektrolyten zugeführt von -dem Vorrate, der an den Elektroden angehäuft ist (bei der -vorhergegangenen Entladung entstanden). - -Da sich während der Elektrolyse (Ladung) die negative Elektrode mit -einer an Dicke allmählich zunehmenden Schicht metallischen Bleies und -die positive Platte mit Bleisuperoxyd bedeckt, so wird nach einer -gewissen Zeit des Stromdurchganges dem Bleisulfat der Eintritt in die -Lösung immer mehr erschwert. Je ärmer der Elektrolyt an Bleisulfat bezw. -an Blei- und Bleisuperoxydionen wird, um so mehr muß die -Zersetzungsspannung gesteigert werden (s. Ladung, Kap. 4). - -Durch Dissoziation der beiden Bleisulfatmoleküle werden 2 neue SO₄-Ionen -gebildet; diese verbinden sich mit den vier Wasserstoffionen, die durch -die Reaktion zwischen dem Bleiion und dem Wasser entstanden sind, zu 2 -Molekülen Schwefelsäure. - -Wir wollen auch jetzt die Vorgänge bei der ~Ladung~ kurz -zusammenstellen. - -Bleisulfat löst sich; 2 Moleküle spalten sich: - - 2PbSO₄ = 2Pb·· + 2SO₄′′. - -Ein Bleiion reagiert mit Wasser: - - Pb·· + 2H₂O = PbO₂′′ + 4H·. - -Das Bleiion gibt an der negativen Elektrode seine beiden Ladungen ab und -schlägt sich nieder: - - Pb·· + 2⊖ = Pb[50]. - -Das Bleisuperoxydion gibt an der positiven Elektrode seine beiden -Ladungen ab und schlägt sich nieder: - - PbO₂′′ + 2⊕ = PbO₂. - -Endlich: - - 4H· + 2SO₄′′ = 2H₂SO₄. - -Man überzeugt sich leicht, daß man durch Addition der fünf -vorhergehenden Gleichungen die Reaktionsgleichung des Akkumulators -erhält. - -Es soll noch kurz gezeigt werden, daß sich bei der ~Entladung~ alle eben -geschilderten Vorgänge in umgekehrtem Sinne abspielen. - -Das Blei sendet positive Ionen in die Lösung und wird negativ geladen; -an der positiven Elektrode treten Bleisuperoxydionen in den Elektrolyten -ein. Da nur ganz minimale Mengen von Blei- und Bleisuperoxydionen in dem -Elektrolyten existieren können, so treten die Bleiionen mit SO₄-Ionen zu -Bleisulfat zusammen, und jedes Bleisuperoxydion vereinigt sich mit vier -Wasserstoffionen zu einem Bleiion und zwei Molekülen Wasser: - - PbO₂′′ + 4H· = Pb·· + 2H₂O. - -Jetzt ist ein SO₄-Ion im Überschuß[51] vorhanden; dieses verbindet sich -mit dem neuen Bleiion zu Bleisulfat. Die vier verbrauchten -Wasserstoffionen und die beiden dem Elektrolyten entzogenen SO₄-Ionen -werden neu gebildet durch Dissoziation von zwei Molekülen Schwefelsäure - - 2H₂SO₄ = 4H· + 2SO₄′′. - -Auf das Anwachsen der Klemmenspannung während der Ladung und die -allmähliche Abnahme derselben bei der Entladung soll im vierten Kapitel -näher eingegangen werden. - - [25] Die Untersuchungen sind zusammengestellt in seinem Werke: - Recherches sur l’Électricité. - - [26] ~Dolezalek~, Die Theorie des Bleiakkumulators. - - [27] Siehe die Schrift: Das Akkumulatorenproblem. Sammlung - elektrotechnischer Vorträge. S. 3. - - [28] Siehe ~Streintz~, l. c. S. 4. - - [29] Näheres siehe ~P. Schoop~, Die Sekundär-Elemente. 1. Teil. - - [30] Diese greift übrigens Blei leicht an und würde die baldige - Zerstörung der Platten herbeiführen. - - [31] Zeitschr. f. Elektrochemie, 1899, S. 309. - - [32] Die Bildung von Schwefelsäure bei der Ladung kann man bei Zellen - mit Glaswänden direkt beobachten (Schlieren); bei der Entladung - steigen Schlieren aufwärts. - - [33] ~E. Sieg~, Die Akkumulatoren. Leipzig 1901. S. 9. - - [34] Folgendes einfaches Beispiel diene zur Erläuterung: Die - unbekannte Wärmetönung des Prozesses C + O = CO soll bestimmt werden: - - C + 2O = CO₂, Wärmetönung pos., sie betrage q₁ cal. - CO₂ = CO + O, „ neg., „ „ -q₂ „ - --------------------------- ------- - Addiert: C + 2O + CO₂ = CO₂ + CO + O, Wärmetönung q₁ - q₂ - oder C + O = CO „ q₁ - q₂ - - Man denkt sich also auf einem Umwege die Bildung von Kohlenoxyd aus - Kohlenstoff und Sauerstoff vollzogen: Aus Kohlenstoff und Sauerstoff - sei Kohlendioxyd entstanden, dieses sei durch Anwendung hoher - Temperatur in Kohlenoxyd und Sauerstoff zerlegt. Die dem letzteren - Prozesse entsprechende Wärmetönung ist negativ, weil bei der - umgekehrten Reaktion - - CO + O = CO₂ - - Wärme gewonnen wird. - - [35] Die Änderung der elektromotorischen Kraft mit der Temperatur kann - man durch Gegeneinanderschalten zweier Akkumulatoren (+ mit +, - mit - - verbunden) demonstrieren, von denen der eine in ein Wasserbad gestellt - wird. - - [36] Wenn der Elektrolyt an der Stromlieferung (dem chemischen - Umsatze) beteiligt ist, so ist eine Änderung der elektromotorischen - Kraft mit der Säuredichte zu erwarten. Diejenigen, welche behaupten, - daß „die Schwefelsäure nur als elektrolytischer Leiter diene‟ und daß - „die Sulfatbildung ein rein sekundärer Prozeß sei‟, müssen folgern, - daß die elektromotorische Kraft unabhängig ist von der Säuredichte. -- - Diesbezügliche Messungen sind an vollgeladenen Zellen vorzunehmen, - denen man eine geringe Menge Elektrizität entnommen hat. - - [37] Unter einem Grammolekül (abgekürzt „Mol‟) einer Substanz versteht - man soviele Gramme der betr. Substanz wie das Molekulargewicht - anzeigt. Das Molekulargewicht der Schwefelsäure ist 98, mithin ist ein - Mol H₂SO₄ gleich 98 g H₂SO₄. - - [38] Die Masse, die sich in den Schichten befindet, in denen sich der - chemische Umsatz abspielt, nennt man aktive Masse. - - [39] Die Diffusionsvorgänge sind von M. U. ~Schoop~ näher untersucht - worden. Siehe Sammlung elektrotechnischer Vorträge, Bd. V. Stuttgart - 1903. F. Enke. - - [40] Die Konzentrationsänderungen an beiden Elektroden sind nicht die - gleichen. Zunächst nämlich bewirkt die ungleiche - Wanderungsgeschwindigkeit der beiden Ionenarten eine - Konzentrationsverschiebung, sie strebt die Konzentration an der - positiven Elektrode zu erhöhen und an der negativen zu vermindern. - Ferner wird durch die Wasserbildung an der positiven Elektrode dort - die Konzentration verringert. Drittens spielt die Porosität der - aktiven Masse eine Rolle. Je größer nämlich die Porosität ist, - umsomehr Säure steht für den chemischen Umsatz im Innern der Platten - zur Verfügung, umso weniger sinkt die Konzentration. ~Mugdan~ wies - nach, daß die Konzentrationspolarisation an der positiven Elektrode - die größere ist. - - [41] Selbst durch einfache Umsatzgleichungen werden kompliziertere - Verhältnisse wiedergegeben. Die Gleichungen sind einfach, weil sie nur - den Anfangs- und den Endzustand sowie die Gewichtsverhältnisse - angeben. Wenn man auf die Frage, wie sich der Umsatz vollzieht, näher - eingeht, so findet man, daß sich auch bei den einfachsten Reaktionen - verschiedene Vorgänge abspielen müssen. - - [42] Zeitschr. für Elektrochemie, 1903, =9=, 267. - - [43] 4H₂O = 4H· + 4OH′. - - [44] Dies ist gestattet, da die zusammenfassende Endgleichung nur - angeben soll, welche Substanzen vor und welche nach der Entladung - vorhanden sind. - - [45] Nennt man die Konzentration der vierwertigen Bleiionen in der mit - PbO₂ gesättigten Lösung (in den Poren) c₁, diejenige der OH-Ionen c₂, - so erfolgt das Zusammentreten dieser beiden Ionenarten, sobald c₁ . c₂ - einen gewissen Wert erreicht hat. - - [46] Dort spielen sich nämlich die zur Entstehung des Bleisuperoxydes - führenden Vorgänge ab. - - [47] Der Einfachheit halber wollen wir im folgenden annehmen, daß von - zwei durch Dissoziation des Bleisulfates entstandenen Bleiionen eines - in ein Bleisuperoxydion übergeht. - - [48] Zeitschr. f. Elektrochemie, 1896, S. 420 und 653. - - [49] Die Ionen haben das Bestreben, ihre Ladungen zu behalten, das - häufig als ~Haftintensität~ bezeichnet wird und mit der chemischen - Affinität verglichen werden kann. Diese ist für die verschiedenen - Ionenarten verschieden groß. Diejenigen Ionen, deren Haftintensität am - geringsten ist, werden am leichtesten, d. h. bei der geringsten - Spannung abgeschieden. Damit ist die Möglichkeit gegeben, aus einer - Mischung verschiedener Elektrolyte, z. B. zweier Salze, die positiven - Ionen nacheinander herauszuelektrolysieren. - - [50] Die beiden negativen Ladungen liefert die Stromquelle, ebenso die - für die Entionisierung des Bleisuperoxydiones nötige positive - Elektrizität. - - [51] Den vier H· der vorigen Gleichung entsprechen zwei SO₄′′. - - - - -3. Kapitel. - -Kapazität, Wirkungsgrad, Nutzeffekt, innerer Widerstand. - - -1. ~Kapazität.~ Unter der Kapazität eines Akkumulators versteht man -diejenige Elektrizitätsmenge, ausgedrückt in Amperstunden, die der -Akkumulator, wenn er nach Vorschrift behandelt wird, abgeben kann. Vor -allem muß der Akkumulator, wenn man seine Kapazität bestimmen will, -vorschriftsmäßig geladen werden (s. Kap. 4); ferner ist zu -berücksichtigen, daß bei der Entladung eine gewisse Stromstärke nicht -überschritten werden darf; die Entladung hat man als beendigt anzusehen, -wenn die anfängliche Spannung um etwa 10% gesunken ist. - - Meistens haben die beiden Elektroden eine ungleiche Kapazität; - natürlich ist dann praktisch die Kapazität des Elementes durch - diejenige der Elektrode mit geringerer Kapazität gegeben. - -Bei der gewöhnlichen Säuredichte ist die elektromotorische Kraft des -vollgeladenen Akkumulators 2,03 Volt, sodaß man mit der Entladung -solange fortfahren kann, bis die Klemmenspannung etwa 1,8 Volt beträgt -(nicht die elektromotorische Kraft, s. S. 105). Wird ein Akkumulator mit -der konstanten Stromstärke J entladen, und dauert die Entladung in dem -angegebenen Sinne t Stunden, so beträgt die Kapazität (bei t-stündiger -Entladung) J × t Amperstunden. - -Da die Elektrizität, die ein Akkumulator abgibt, aus chemischer Energie -entsteht, so hängt die Kapazität von der Menge des Bleischwammes und der -Menge des Bleisuperoxydes ab, die sich in Bleisulfat umwandeln können. -Der Umsatz kann natürlich nur dort erfolgen, wo die wirksame Masse mit -Schwefelsäure in Berührung steht und wo sie Kontakt mit der Unterlage -hat. Die Tiefe, bis zu der die Stromlinien (besser gesagt: Der -Elektrolyt) in die Platten eindringen, beträgt nur Bruchteile eines -Millimeters; sie ist etwas größer, wenn sich in der aktiven Masse poröse -Substanzen befinden. Man ist daher, wenn man die Kapazität eines -Akkumulators und damit seine Leistung steigern will, darauf angewiesen, -die Oberfläche der Platten zu vergrößern. Es sei hier die Bemerkung -eingeschoben, daß man in der Technik zwischen der ~projizierten~ -Oberfläche, wie sie sich durch Multiplikation von Länge und Breite -ergibt, und der ~wirksamen~, d. h. der von dem Elektrolyten benetzten -Oberfläche unterscheidet; letztere nennt man auch die ~abgewickelte~ -Oberfläche. Diese beiden sind umsomehr von einander verschieden, je -poröser die aktive Masse ist, und je mehr Rippen, Zähne oder dergleichen -sich auf der Platte befinden. Ist die gesamte projizierte Oberfläche der -positiven Elektrode a dm² und die Stromstärke J Amp., so ist J/a die -~Stromdichte~, bezogen auf 1 dm². - -Würde man bei Elementen für größere Leistungen nur ~eine~ positive und -eine negative Platte benutzen, so würde die Zelle unförmlich große -Dimensionen haben. Man vereinigt daher in einem Elemente fast immer -mehrere kleinere positive und negative Platten; die gleichnamigen -Platten werden durch Bleileisten miteinander verbunden (s. Kap. 7). Die -Verwendung mehrerer positiver und negativer Platten gewährt noch einen -anderen Vorteil; enthält nämlich eine Zelle nur zwei Platten (~eine~ -positive und ~eine~ negative), so sind fast nur die beiden sich -gegenüberliegenden Oberflächen an der Stromlieferung beteiligt[52], es -werden also bei jeder Platte nur etwa 50% der Gesamtoberfläche -ausgenutzt. Besteht der Akkumulator aber aus einer positiven und zwei -negativen Platten, so sind von 6 Flächen nur 2 an dem chemischen Umsatze -im beschränktem Maße beteiligt, d. h. nur etwa 33⅓% usw. - -Die Anzahl der negativen Platten ist immer um 1 größer als die der -positiven, wenn die Zelle mehr als zwei Platten enthält; die erste, -dritte usw. letzte Platte ist negativ. Ist also die Kapazität pro -Quadratdezimeter projizierter Oberfläche bei der negativen Platte die -gleiche wie bei der positiven, so ist die Gesamtkapazität der negativen -etwas größer als diejenige der positiven. Im Laufe der Zeit vergrößert -sich, wie später gezeigt wird, die Kapazität der Positiven im Vergleich -zu derjenigen der Negativen. Durch die angedeutete Anordnung wird also -verhindert, daß die gesamte Kapazität der Positiven von derjenigen der -Negativen später stark verschieden ist. Positive Platten werden auch aus -dem Grunde nicht als Endplatten benutzt, weil sie, einseitig -beansprucht, sich krümmen. - -Die ~Kapazität~ eines gegebenen Akkumulators ~hängt~ in hohem Maße von -der ~Entladestromstärke~ ab. Bei der Entladung nämlich wird Säure für -die Sulfatbildung verbraucht, so daß stets neue Säure in die Poren der -aktiven Masse eindringen muß. Wird nun mit großer Stromdichte entladen, -so kann die für den chemischen Umsatz nötige Säure nicht schnell genug -in das Innere der Platten eindringen (hineindiffundieren), so daß die -elektromotorische Kraft, die ja von der Säuredichte abhängig ist, stark -abnimmt, obschon noch größere Mengen von Blei und Bleisuperoxyd -vorhanden sind; wenn ferner keine Schwefelsäure mehr in Berührung mit -der aktiven Masse ist, so hört der chemische Umsatz, d. h. der -stromliefernde Prozeß, auf. - - Meines Erachtens spielen hier auch die Volumänderungen, mit denen der - chemische Umsatz verbunden ist, eine Rolle. Das aus 1 Gramm Blei oder - Bleisuperoxyd entstandene Bleisulfat nimmt einen größeren Raum ein als - das Blei oder Bleisuperoxyd. Während der Entladung werden sich daher - die vorhandenen Poren verengen und mit Bleisulfat ganz ausfüllen. Wird - mit schwachem Strom entladen, so verengt sich die Pore in den - verschiedenen Querschnitten nahezu gleichmäßig; bei großer Stromdichte - aber wird sie hauptsächlich an der dem Elektrolyten zugewendeten Seite - enger oder verstopft sich; die Säurediffusion wird sehr erschwert und - hört bald auf. Bei der Ladung verringert sich das Volumen der aktiven - Masse, und die Poren erweitern sich. Nach dieser Erklärung müßte die - Aufnahmefähigkeit[53] bei der Ladung (Ladungskapazität) weniger von - der Stromdichte abhängig sein als die Kapazität bei der Entladung. Die - Erfahrung zeigt, daß dies in der Tat der Fall ist. - -Ferner muß man schließen, daß die ~Kapazität der Negativen in höherem -Maße von der Entladezeit~ oder von der Stromdichte bei der Entladung -~abhängig ist~ als die Kapazität der Positiven. - - Denn der Unterschied im Volumen einer bestimmten Menge (z. B. 3,85 - Gramm) Blei und des daraus gebildeten Bleisulfates ist größer als die - Differenz des Volumens der äquivalenten Menge Bleisuperoxyd (z. B. - 4,46 Gramm) und des aus diesem entstandenen Bleisulfats. - - Durch eingehende Untersuchung gelangt auch ~E. Sieg~ zu diesem - Resultate (l. c. S. 83), er findet nämlich, „daß die - Bleischwammplatten (und zwar Großoberflächen- und gepastete Platten) - bei genau gleicher „absoluter‟ Kapazität, d. h. derjenigen Kapazität, - die von den Platten geleistet werden kann, wenn die Entladestromstärke - sehr klein gewählt wird, gegen Erhöhung der Beanspruchung - empfindlicher sind als Superoxydplatten‟. Daraus würde sich dann der - Schluß ergeben, daß bei Akkumulatoren, die mit großer Stromdichte - entladen werden sollen, die absolute Kapazität der negativen Platten - größer zu wählen ist als diejenige der positiven. - - ~Dolezalek~ folgert aus dem Umstande, daß die Konzentrationsänderungen - an der Superoxydelektrode erheblich größer sind als an der - Bleischwammelektrode (weil an ersterer auch Wasser gebildet wird), daß - die Kapazität der Superoxydelektrode geringer sein muß als die einer - aus gleicher Paste formierten Bleischwammplatte (l. c. S. 86). Wenn - demnach die Konzentrationsänderungen allein maßgebend wären, so müßte - die positive Platte die empfindlichere sein. - -Man kann weiter schließen, daß die Kapazität von der Porosität der -aktiven Masse abhängig sein wird, besonders bei Entladungen mit großer -Stromdichte. Auch die Dicke der Schicht, in der sich der chemische -Umsatz vollzieht, spielt eine Rolle. - -Da ferner bei der Ladung die Substanzen gebildet werden, die sich bei -der Entladung in Bleisulfat umwandeln, so ist es selbstverständlich, daß -die Art der vorhergegangenen Ladung auf die Kapazität einen Einfluß -ausübt. Je geringer die Stromdichte bei dieser Ladung war, um so mehr -Bleischwamm ist auf der negativen Platte vorhanden und um so mehr PbO₂ -auf der positiven. - -Bei stationären Akkumulatoren (Beleuchtungsanlagen) geht man in der -Regel nicht unter dreistündige Entladezeit herab. Nennt man die -Kapazität bei dreistündiger Entladung c₃ und die bei zehnstündiger c₁₀, -so gilt meistens mit großer Annäherung die Beziehung c₃ : c₁₀ = 26 : 35 -oder ungefähr = 3 : 4. - - ~Schröder~[54] gelangte auf Grund von Untersuchungen an Akkumulatoren - der Akkum.-Fabrik Akt.-Ges. Hagen i. W. zu der Formel - - K · ∛J² = m, - - wo K die Kapazität in Amperstunden, J die Entladestromstärke und m - eine für den betreffenden Akkumulator charakteristische Konstante ist. - Für die meistens in der Praxis vorkommenden Intervalle von J liefert - die Formel hinreichend genaue Werte. -- C. ~Liebenow~ fand, daß für - schwache Entladungen - - m - K = --------- - 1 + c . J - -(m und c sind Konstante). - -Nach ~Peukert~[55] ist - - Jⁿ . t = const., - - wo J die Entladestromstärke, t die Entladedauer, n einen durch das - Experiment zu bestimmenden Faktor bedeutet; n lag bei den untersuchten - Typen zwischen 1,35 und 1,72. - -Die gesamte Elektrizitätsmenge, die man einem Akkumulator entnehmen -kann, ist, um es noch einmal zu wiederholen, durch das Gewicht des -vorhandenen bezw. zugänglichen Bleischwammes und Bleisuperoxydes -gegeben. Soll beispielsweise ein Akkumulator bei 10stündiger Entladung -100 Amperstunden abgeben, so müssen auf der negativen Elektrode -~mindestens~ 385 Gramm Bleischwamm und auf der positiven mindestens 446 -Gramm Bleisuperoxyd angehäuft sein (siehe S. 37). In Wirklichkeit müssen -aber größere Mengen der wirksamen Massen vorhanden sein, da auch bei -10stündiger Entladung nicht alles Pb und nicht alles PbO₂ umgewandelt -wird. - - Eine vollständige Ausnutzung des vorhandenen aktiven Materials ist - sogar theoretisch nicht möglich, weil PbSO₄ ein sehr schlechter Leiter - ist. Nach Roloff werden bei 3stündiger Entladung bei den Positiven - 45%, bei den Negativen 25% der anfänglich vorhandenen aktiven Masse - ausgenutzt. - -Natürlich mußten dem Akkumulator, wenn er 100 Amperstunden abgeben soll, -bei der vorhergegangenen Ladung mindestens 100 Amperstunden zugeführt -worden sein. Es ist allerdings denkbar, daß ein Akkumulator ~ein Mal~ -mehr Elektrizität abgibt, als man bei der Ladung in ihn hineingeschickt -hat, indem nämlich Blei und Bleisuperoxyd, das bei der vorletzten -Entladung nicht in Bleisulfat verwandelt wurde, jetzt verbraucht wird. - -Da die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladezeit im engsten -Zusammenhange mit den Diffusionsvorgängen steht, so kann man -voraussagen, daß die Änderungen für die verschiedenen Systeme nicht die -gleichen sind; bei Großoberflächenplatten (s. Kap. 6) wird diese -Abhängigkeit nicht so groß sein, wie bei pastierten Platten. - -Außer von der Entladestromstärke hängt die Kapazität von der Dicke der -aktiven Schicht, der Säuredichte und von der Temperatur ab. Ist das -Bleisuperoxyd und ebenso der Bleischwamm als sehr dünner Überzug auf -einer großen Oberfläche verteilt, so kann die für die Bleisulfatbildung -nötige Säure leichter in das Innere eindringen, als wenn die wirksame -Masse eine dickere Schicht mit kleinerer Oberfläche bildet. - - Der Forderung möglichst dünne Platten zu Verwenden, stehen folgende - Bedenken im Wege: Die Lebensdauer der Platten verringert sich, die - Platten müssen eine gewisse mechanische Festigkeit haben, bei sehr - dünnen Platten ist nicht genügend Raum für die Aufnahme der Paste - vorhanden, der Widerstand der Platten wird größer. - -~Die Abhängigkeit der Kapazität von der Säuredichte~ hat zuerst -~Heim~[56] näher untersucht. Er fand, daß die Kapazität, wenn man die -Säuredichte vergrößert, zuerst steigt und dann wieder abnimmt; das -Maximum lag bei einem spezifischen Gewichte von 1,1. Nach ~Earle~ ist -die Kapazität am größten, wenn die Säuredichte etwa gleich 1,25 ist. Da -bei dieser Dichte verdünnte Schwefelsäure (genauer bei 1,22) das Maximum -der Leitfähigkeit besitzt, so darf man die Kapazität als eine Funktion -des Leitungsvermögens des Elektrolyten ansehen, ein Schluß, der mit -unseren früheren Überlegungen in Einklang steht. Die Stromlinien dringen -eben um so tiefer in das Innere der aktiven Masse ein, die Umwandlung in -Bleisulfat ist um so vollständiger, je besser die Säure leitet. - -~Der Einfluß der Temperatur auf die Kapazität~ ist ein nicht -unerheblicher. Durch Messungen von ~Heim~[57] ergab sich, daß die -Kapazität pro 1° Temperaturerhöhung innerhalb der Grenzen 14° und 45° um -2,6% des der Temperatur 19° entsprechenden Betrages stieg. Die Zunahme -der Kapazität mit der Temperatur kann durch den rascheren Ausgleich der -Konzentrationsänderungen (infolge größerer Beweglichkeit der Säure), -sowie durch die Zunahme des Leitungsvermögens des Elektrolyten[58] -erklärt werden. In der Praxis kann man von der Kapazitätssteigerung -durch Erwärmung der Säure schon aus dem Grunde keinen Gebrauch machen, -weil sie eine vorzeitige Abnutzung der Platten zur Folge hat. - -Zu bemerken ist noch, daß bei einem Akkumulator, der mit Ruhepausen -entladen wird, die Kapazität eine andere ist, als bei einem Elemente, -das mit gleicher Stromstärke ohne Unterbrechung beansprucht wird; sind -die Ruhepausen nicht so groß, daß die Selbstentladung während derselben -merkliche Verluste verursacht (siehe S. 106), so ist die Kapazität im -ersteren Falle die größere. - - ~B. Albrecht~ fand, daß bei Akkumulatoren mit positiven - Großoberflächenplatten (s. Kap. 6) eine merkliche Zunahme der - Kapazität infolge der Ruhepausen nicht stattfand. Wahrscheinlich ist - dieser Umstand der Selbstentladung während der Ruhepausen - zuzuschreiben. Bei den Masseplatten wurde eine ganz bedeutende Zunahme - der Kapazität infolge der Unterbrechungen beobachtet, und zwar ist die - prozentuale Zunahme um so bedeutender, je größer die - Entladestromstärke ist. Die Untersuchungen wurden allerdings nur mit - Platten ~einer~ Firma ausgeführt. (Näheres s. E. T. Z. 1907, S. 539.) - -Die Kapazität eines Akkumulators ändert sich im Laufe der Zeit. In der -Regel nimmt sie zuerst zu, erreicht ein Maximum und sinkt dann. Hierbei -ist zu beachten, daß verschiedene Fabriken die Platten in nicht fertig -formiertem Zustande liefern, so daß in der ersten Zeit die Formation -fortschreitet und die Aufnahmefähigkeit steigt. Auch bei Platten, die -soweit als möglich in der Fabrik formiert wurden, kann die Kapazität -wachsen; es gilt dies besonders von positiven Großoberflächenplatten (s. -Planté-Formation). Andererseits kann die Kapazität im Gebrauche geringer -werden, weil aktive Masse aus dem Gitter herausfällt oder abbröckelt. - - Wenn man zwischen Kohlenelektroden verdünnte Schwefelsäure - elektrolysiert, so findet man nach einiger Zeit auf dem Boden - zahlreiche kleine Kohlenpartikelchen. Diese werden von den Gasblasen - gleichsam abgerieben oder losgesprengt. - -Über die Kapazitätsabnahme infolge der Verbleiung siehe Kap. 7. Auch die -Sulfatation hat einen Rückgang der Kapazität zur Folge (s. Kap. 5). - -Die Beschaffenheit der Elektroden übt, wie P. Schoop[59] sagt, einen -schwer kontrollierbaren Einfluß auf die Kapazität aus. Ist eine -Batterie längere Zeit nicht benutzt worden, so ist die Kapazität -geringer. Durch mehrmaliges Laden und Entladen muß man dann die Platten -auffrischen. - -Eine ~Kapazitätsprobe~ wird bei der Abnahme einer gelieferten Batterie -ausgeführt; auch empfiehlt es sich, eine solche vorzunehmen, wenn man -über den Zustand der Batterie im Zweifel ist, besonders wenn sie längere -Zeit nicht benutzt worden ist. Die Prüfung geschieht folgendermaßen: Die -Batterie wird mit normaler Stromstärke (etwa der der fünfstündigen -Ladung entsprechenden) geladen; kurze Zeit nach der Ladung soll die -Entladung beginnen. Man reguliert die Stromstärke so, daß sie den für -die betreffende Entladezeit (z. B. fünf Stunden) vorgeschriebenen Wert -hat und hält sie tunlichst konstant. Kann man den Strom nicht ausnutzen -(z. B. für den Betrieb von Motoren, oder für elektrolytische Zwecke), so -schaltet man die Batterie auf einen regulierbaren Metall- oder -Wasserwiderstand (der Gebrauch des letzteren ist ziemlich unbequem wegen -der Schaumbildung, des Siedens der Flüssigkeit usw.). Am einfachsten -bestimmt man die abgegebene Elektrizitätsmenge mittels eines Coulomb- -oder Amperstundenzählers; benutzt man hierfür ein Amperemeter, so muß -man in Zeitabschnitten von 10-15 Minuten die Stromstärke ablesen. Durch -ein mit den Klemmen der Batterie verbundenes Voltmeter wird die Spannung -gemessen. Der Versuch ist natürlich abzubrechen, wenn die untere -Spannungsgrenze erreicht ist, d. h. wenn die Klemmenspannung um etwa 10% -der anfänglichen gesunken ist. -- Aus früheren Betrachtungen ergibt sich -übrigens, daß man durch eine einmalige Entladung ein zuverlässiges -Resultat nicht erhalten kann. - -Hat man gefunden, daß die Kapazität eines Akkumulators zurückgegangen -ist, so ist es von Wichtigkeit zu wissen, ob die Ursache an der -positiven oder an der negativen Elektrode liegt. Um dies zu prüfen, -bedient man sich der ~Fuchsschen Methode~; das Verdienst, diese in die -Akkumulatorentechnik eingeführt zu haben, gebührt ~C. Liebenow~[60]. Man -bedient sich bei dieser Methode einer sogen. ~Hilfselektrode~, am -einfachsten eines amalgamierten Zinkstäbchens oder am besten eines -Kadmiumblechs; die Meßelektrode[61] taucht man so in die Säure ein, daß -sie von möglichst wenig Stromfäden getroffen wird. Sie bildet in -verdünnter Schwefelsäure sowohl mit Bleisuperoxyd als auch mit dem -Bleischwamm ein galvanisches Element. Die elektromotorischen Kräfte e₁ -und e₂ betragen bei der gewöhnlichen Säuredichte bei Beginn der -Entladung - - für Zink und Bleisuperoxyd 2,41 Volt, - „ „ „ Bleischwamm 0,40 „ , - „ Kadmium „ Bleisuperoxyd 2,17 „ , - „ „ „ Blei 0,16 „ . - -e₁ - e₂ ist, wenn die Zelle keinen Strom abgibt, mit großer Annäherung -die elektromotorische Kraft des Akkumulators. Entnimmt man der Zelle -Strom, so ändern sich e₁ und e₂ etwas, und es ist jetzt ihre Differenz -gleich der Klemmenspannung, wenn der innere Widerstand des Elementes so -klein ist, daß man das Produkt i · w vernachlässigen kann. - -Man macht während der Entladung eine größere Reihe von Messungen und -trägt die Werte von e₁ und e₂ sowie diejenigen für die Klemmenspannung -auf Millimeterpapier nach der Zeit auf, d. h. man macht die Zeit zu -Abszissen und die Spannungen zu Ordinaten. Man erhält so drei Kurven, -die den Verlauf der Klemmenspannung und der elektromotorischen Kräfte -der beiden Kombinationen - - Hilfselektrode | verdünnte Schwefelsäure | Bleisuperoxyd - „ | „ „ | Bleischwamm - -anzeigen. Die elektromotorischen Kräfte e₁ und e₂ müssen sich bei -fortschreitender Entladung einander allmählich nähern, da die positive -und die negative Platte einander ähnlich werden. Bei gleicher Kapazität -der beiden Platten müssen offenbar die Kurven zur selben Zeit, nämlich -wenn die Klemmenspannung anfängt abzufallen, stark umbiegen, die eine -nach unten, die andere nach oben. - -Nach ~Sieg~ sind die positiven Platten entladen, sobald sie gegen -Kadmium unter 2 Volt anzeigen, die negativen, sobald sie gegen Kadmium -über 0,2 Volt haben. - -~Liebenow~ gelangt auf Grund seiner Beobachtungen zu der Regel, daß die -Fuchssche Methode dann eindeutige Resultate gibt, wenn sie klar eine -wesentliche Verschiedenheit der Kapazität beider Plattensorten anzeigt. -Wenden sich dagegen die beiden Kurven (e₁ und e₂) beim Herabgehen der -Klemmenspannung gleichzeitig, so können positive und negative Platten -die gleiche Kapazität haben, es kann aber auch die der einen kleiner -sein als die der anderen. - -~Wirkungsgrad~[62]. Nennt man die einem Elemente während der Ladung -zugeführte Elektrizitätsmenge, ausgedrückt in Amperstunden (oder in -Coulomb), Q₁ und die während der Entladung von der Zelle abgegebene -Elektrizitätsmenge Q₂, so ist - - Q₂ - -- der Wirkungsgrad. - Q₁ - -Multipliziert man den erhaltenen Bruch mit 100, so erhält man den -Wirkungsgrad in Prozenten der hineingeladenen Elektrizitätsmenge. - -Da Q₁ und Q₂ von der Stromdichte, also auch von der Dauer der Ladung und -Entladung, abhängig sind, so empfiehlt es sich, mit derselben -Stromdichte zu entladen, mit der geladen wurde (s. Kapazität). - -Der Wirkungsgrad beträgt aus verschiedenen Gründen weniger als 100% (in -der Praxis nimmt man 85-90% an). Stromverluste, die man bei -Laboratoriumsversuchen auf 3-4% herunterdrücken kann, werden zum Teil -durch eine schwache während der ganzen Ladung erfolgende Gasbildung -verursacht. Je größer die Stromdichte bei der Ladung ist, um so größer -ist die durchschnittliche Klemmenspannung, um so größer wird also auch -der Bruchteil des Stromes, der für die Gasbildung nutzlos verwertet -wird. Besonders während der „Überladung‟ (Ladung nach Beginn des -„Kochens‟) werden größere Elektrizitätsmengen für die Abscheidung von -Wasserstoff und Sauerstoff verbraucht, die bei der Entladung nicht -wiedergewonnen werden. Bei einer Wirkungsgradbestimmung wird man daher -von einer Überladung absehen. - -Kleine Verluste können auch dadurch verursacht werden, daß während der -Ladung Teilchen der aktiven Masse durch die Gase abgekratzt oder -losgesprengt werden. - -Läßt man das Element nach erfolgter Ladung unbenutzt stehen, so erfolgt -Selbstentladung, die eine Verringerung von Q₂ zur Folge hat. Je länger -also die zwischen Ladung und Entladung liegende Zeit ist, um so geringer -wird der Wirkungsgrad. - -~Nutzeffekt~[63]. Man versteht darunter den Quotienten, den man erhält, -wenn man die vom Akkumulator während der Entladung abgegebene Energie -(gemessen in Wattstunden) durch die dem Akkumulator bei der -vorhergegangenen Ladung zugeführte Energie (in Wattstunden) dividiert. -Beispiel: Eine Zelle wurde mit 50 Amper 4 Stunden lang geladen; die -mittlere Ladespannung war 2,3 Volt; die dem Akkumulator zugeführte -Energie w₁ betrug - - w₁ = 2,3 . 50.4 Wattstdn. = 460 Wattstdn. - -Die Zelle wurde etwa ½ Stunde nach der Ladung mit 50 Amp. entladen; nach -ungefähr 3¾ Stunden war die Spannung auf 1,8 Volt gesunken. Da die -mittlere Spannung, wie die Messungen ergaben, jetzt rund 1,9 Volt -betrug, so belief sich die vom Akkumulator abgegebene Leistung w₂ auf - - w₂ = 50 . 3,75 . 1,9 Wattstdn. = 356,25 Wattstdn. - -Mithin war in diesem Falle der Nutzeffekt gleich - - w₂ 356,25 - -- = ------ = 0,77 oder 77%. - w₁ 460 - -Im Laboratorium kann man, wenn man mit geringer Stromdichte lädt und -entlädt, einen Nutzeffekt von 90% und noch mehr erzielen. Mit -zunehmender Entladestromstärke nimmt der Quotient ab. In der Praxis -rechnet man mit einem Nutzeffekte von 70-75%. [Auf die Rolle, die die -zwischen Ladung und Entladung liegende Zeit spielt, ist schon aufmerksam -gemacht worden.] - -Man könnte der Ansicht sein, daß der Nutzeffekt deshalb mit wachsender -Entladestromstärke sinkt, weil bei größerer Stromdichte der innere -Widerstand des Akkumulators zunimmt. Daß sich dieser mit der Stromstärke -und mit der Dauer der Zufuhr bezw. Entnahme von Elektrizität etwas -ändert, soll später nachgewiesen werden. Einstweilen begnügen wir uns -mit der Bemerkung, daß der innere Widerstand auch kleiner Zellen in den -verschiedenen Stadien der Ladung und Entladung und daher auch der -Spannungsverlust im Elemente (i · w) so klein ist, daß durch ihn der -Nutzeffekt nur in geringem Maße beeinflußt wird. Die Gründe, weshalb der -Nutzeffekt weit unter 100% liegt, sind schon früher dargelegt worden; -diese sind die Konzentrationsänderungen und die Abhängigkeit der -elektromotorischen Kraft von der Säuredichte. - - Daß durch die Konzentrationsänderungen, die sich sowohl bei der Ladung - wie bei der Entladung vollziehen, Arbeitsverluste verursacht werden, - kann man sich auch folgendermaßen klar machen. Wenn man zwei - Schwefelsäurelösungen verschiedener Konzentration mischt, so wird - Wärme frei; sollen umgekehrt die beiden miteinander vermischten Säuren - getrennt, soll also ein Konzentrationsunterschied hergestellt werden, - so muß Arbeit aufgewendet werden. Da nun im Akkumulator durch den - Strom ein Konzentrationsunterschied hergestellt und aufrecht erhalten - wird, so muß hierfür elektrische Energie verbraucht werden. - ~Dolezalek~ leitet eine Formel für die betreffenden Energieverluste - ab, aus der sich ergibt, daß der Nutzeffekt abhängig ist von dem - mechanischen Bau (Porosität) der Platten, von der Leitfähigkeit der - Plattensäure, von der Stromstärke und von der Zeit. Beachtenswert ist, - daß diese Energieverluste, ebenso wie die der Jouleschen Wärme - entsprechenden der Leitfähigkeit der Säure umgekehrt proportional - sind. Da nun Säure vom spezifischen Gewicht 1,22 (ca. 30% - Schwefelsäure) das Maximum der Leitfähigkeit besitzt, so ist der - Nutzeffekt bei dieser Säuredichte am größten. - -Die Arbeitsverluste kann man graphisch bestimmen, wenn man die Lade- und -Entladekurve aufgenommen hat. Wählt man nämlich für die beiden Kurven -dieselben Koordinatenachsen (Zeiten als Abszissen, Spannungen als -Ordinaten), so schließen dieselben eine Fläche ein, die ein Maß für die -Energieverluste ist. Um dies zu beweisen, denken wir uns die Zeit in -Abschnitte t₁, t₂ ... zerlegt, die so klein sind, daß man von der -Änderung der Spannung während eines jeden Intervalls absehen kann. -Nennen wir die zugehörigen Spannungen bei der Ladung E₁, E₂ ..., bei der -Entladung e₁, e₂ ..., und bezeichnen wir die (konstante) Stromstärke, -die bei der Ladung und Entladung die gleiche sein muß, mit J, so ist die - - Ladearbeit während der Zeit t₁ gleich E₁ · J · t₁, - „ „ „ „ t₂ „ E₂ · J · t₂ ... - Entladearbeit „ „ „ t₁ „ e₁ · J · t₁, - „ „ „ „ t₂ „ e₂ · J · t₂ ... - -Der Energieverlust in der Zeit t₁ ist mithin (E₁ - e₁) · J · t₁ oder -proportional (E₁ - e₁) · t₁. Durch dieses Produkt wird aber das der Zeit -t₁ entsprechende Stück der zwischen den beiden Kurven liegenden Fläche -dargestellt usw. - -Der ~innere Widerstand~ eines Akkumulators, der bei Pufferbatterien (s. -Kap. 9) eine wichtige Rolle spielt, kann in drei Summanden zerlegt -werden, nämlich in den Widerstand, den der Strom in den verschiedenen -Teilen der positiven Platte (bezw. Platten) findet (w_{p}), denjenigen -in der negativen Elektrode (w_{n}) und den Widerstand in der Säure -zwischen den Elektroden (w_{s}). Zu w_{p} und w_{n} ist auch derjenige -Widerstand zu rechnen, den die Elektrizität in der in den Poren -befindlichen Säure findet. Diese beiden Summanden, die unter sonst -gleichen Umständen bei ~Planté~-Platten einen anderen Wert haben als bei -~Faure~-Platten, ändern sich im Laufe der Ladung und Entladung. Je mehr -Bleisulfat nämlich zwischen den Blei- bezw. Bleisuperoxydpartikelchen -verteilt ist, um so größer werden w_{p} und w_{n}; ferner steigt bezw. -sinkt die Konzentration der Säure in den Poren; endlich hat die -Erzeugung von Joulescher Wärme eine Temperaturerhöhung zur Folge. Auch -mit dem Alter der Platten ändern sich die beiden Widerstände (s. -Lebensdauer). - -w_{s} ist ebenfalls variabel, da die Dichte der Säure zwischen den -Platten (der „äußeren‟ Säure) während der Ladung zunimmt und bei der -Entladung sinkt; dies gilt besonders von denjenigen Schichten der Säure, -die an die Oberflächen der Platten grenzen; auch können Gase, die sich -gegen Ende der Entladung entwickeln, eine Vergrößerung von w_{s} -verursachen. - -Die Leitfähigkeit einer Schwefelsäurelösung ändert sich mit dem -spezifischen Gewichte. Setzt man einer bestimmten Menge Wasser -Schwefelsäure in kleineren Quantitäten nach und nach zu, so findet man, -daß das Leitungsvermögen zuerst schnell, dann langsam wächst, später -aber wieder abnimmt; bei einer Säuredichte von 1,224 ist das -Leitungsvermögen ein Maximum. Die betreffende Lösung enthält etwa 30,5 -Gewichtsprozente Schwefelsäure; der spezifische Widerstand (Widerstand -pro cm³) beträgt etwa 1,35 Ohm[64]. - -Der Widerstand eines Akkumulators im stromlosen Zustande kann wie -derjenige eines jeden anderen elektrolytischen Apparates bestimmt -werden. Bei der einfachen Brückenschaltung mit den von F. ~Kohlrausch~ -angegebenen Modifikationen (Wechselströme, Telephon) erhält man -besonders bei größeren Zellen (bei solchen ist der Widerstand kaum ein -Tausendstel Ohm groß) wegen der Übergangswiderstände an den Klemmen -keine genauen Resultate. Diese werden bei der Brückenschaltung von -~Matthiesen~ und ~Hockin~ eliminiert. - - Angenähert (der Größenordnung nach) kann man den inneren Widerstand - folgendermaßen bestimmen. Man lädt das Element, dessen Widerstand man - ermitteln will, aus zwei hintereinander geschalteten Akkumulatoren - unter Einschaltung eines Kurbelrheostats. Die Klemmen der Ladebatterie - seien k₁ und k₂, die daran befestigten Drähte d₁ und d₂. Legt man d₁ - ~und~ d₂ an k₁ (oder an k₂), so gibt das zu untersuchende Element - Strom ab. Dieser Strom ist bei Beginn der Ladung nur wenig verschieden - von dem Ladestrom. Bei einiger Übung kann man innerhalb eines - Zeitraumes von einigen Sekunden laden, umschalten (also entladen) und - die nötigen Ablesungen an einem mit den Klemmen des Elementes - verbundenen Voltmeter vornehmen. Während der Ladung ist - - e = E + i · w - - (e = Klemmenspannung, E = elektromotorische Kraft der Zelle) - - und während der Entladung ist - - e′ = E - i · w. - - Die Differenz der beiden Klemmenspannungen ist also (angenähert) - gleich 2wi. - -Wenn die elektromotorische Kraft eines Akkumulators konstant wäre, so -könnte man w leicht während der Ladung und Entladung bestimmen; denn -dann wäre - - e - E - w = -----. - i - -Es würde genügen, „den Stromkreis für kurze Zeit zu öffnen‟ und die -Spannung, die das mit den Klemmen verbundene aperiodische Voltmeter -anzeigt (E), abzulesen. Wie jedoch aus den Kurven im folgenden Kapitel -hervorgeht, gehen die Änderungen der elektromotorischen Kraft schnell -vor sich, so daß die Unterbrechungsmethode sehr unzuverlässig ist. Will -man den Widerstand einer Zelle während des Stromdurchganges genau -bestimmen, so kann man die Methode von ~Uppenborn~[65] oder die von -~Nernst~ und ~Haagn~ angegebene benutzen. Letztere unterscheidet sich -von der gewöhnlichen Brückenmethode dadurch, daß zwei Widerstände durch -Kondensatoren ersetzt sind, außerdem wird noch ein Hilfskondensator -eingeschaltet, der verhindert, daß die Zelle Strom in die -Brückenanordnung sendet[66]. (Eine ausführliche Beschreibung der -verschiedenen Meßmethoden findet man in dem bekannten Werke von F. -~Kohlrausch~, Leitfaden der Physik.) - -Nach Messungen von ~Haagn~ stieg der Widerstand einer kleinen Zelle -während der etwa fünfstündigen Entladung von 0,018 bis 0,045 Ohm, -während der Ladung fiel er von 0,04 auf 0,018 Ohm. Nach Messungen von -~Häberlein~ verhält sich der Widerstand bei Beginn zu demjenigen am Ende -der Ladung wie 17 : 24. ~Roloff~ gibt für die Type 3 × J₁ der -Akkumulatoren-Fabrik Akt.-Ges. an, daß der Widerstand bei Beginn der -Entladung 0,0012 Ohm und am Ende 0,0018 Ohm war. - - Da die Konzentration der Säure in den Poren der wirksamen Masse von - der Stromdichte abhängig ist, so folgt erstens, daß bei schneller - Entladung (großer Stromdichte) der durchschnittliche (mittlere) - Widerstand größer ist als bei langsamer Entladung und zweitens, daß - der Spannungsabfall im Elemente (w · J) nicht linear mit der - Stromdichte wächst, sondern in einem etwas stärkeren Verhältnisse. - -Wenn man Zellen von verschiedener Kapazität, die aus Platten von -derselben Konstruktion zusammengesetzt sind und Säure von derselben -Dichte enthalten, mit gleicher Stromdichte beansprucht, so darf man das -Produkt w · J als konstant ansehen; denn in dem Maße, in dem w bei den -großen Zellen abnimmt, wächst J. - - [52] Wenn man zwischen Platin- oder Kohlenelektroden verdünnte - Schwefelsäure zersetzt, so steigen an den Außenseiten der Elektroden - nur wenige Gasblasen empor. Bei der Ladung eines Akkumulators wird - dementsprechend an der Außenseite der positiven und negativen - Elektrode nur wenig Bleisuperoxyd bezw. Blei gebildet. - - [53] Diese müßte eigentlich als „Kapazität‟ schlechthin bezeichnet - werden. - - [54] E. T. Z. 1904, S. 587. - - [55] E. T. Z. 1897, S. 287. - - [56] E. T. Z. 1889, S. 88. - - [57] E. T. Z. 1901, S. 811. - - [58] Wenn man einen Elektrolyten erwärmt, so wächst das - Leitungsvermögen ziemlich stark. - - [59] ~P. Schoop~, Die Sekundär-Elemente. - - [60] Zeitschr. f. Elektrochemie 1902, Nr. 44. - - [61] Liebenow empfiehlt als Meßelektrode eine kleine Zelle aus Ton - (porös), in der sich Kadmiumamalgam und eine konzentrierte Lösung von - Kadmiumsulfat in Akkumulatorensäure befindet. Ein durch einen Glasstab - isolierter Draht geht bis zum Kadmiumamalgam. Man stellt die Zelle auf - die Oberkante der Platten; ihr unteres Ende muß dann von der Säure - benetzt werden. Die Anordnung entspricht einem Voltaschen Elemente, - bei dem eine Elektrode in einer mit verdünnter Schwefelsäure - angefüllten Tonzelle steht. - - [62] Was hier „Wirkungsgrad‟ genannt wird, wird von anderen Autoren - als „Güteverhältnis‟ bezeichnet, während das Verhältnis der - entnommenen Energie zu der bei der Ladung aufgewendeten Energie - vielfach als Wirkungsgrad bezeichnet wird. - - [63] Man vergleiche die Fußnote auf der vorigen Seite. - - [64] Man bezieht das Leitvermögen (und den spezifischen Widerstand) - der Elektrolyte auf eine Säule von 1 cm Länge und 1 qcm Querschnitt, - also kurz auf 1 ccm. - - [65] Näheres siehe ~Uppenborn~, Kalender für Elektrotechniker. - - [66] Zeitschr. f. Elektrochemie 1897, S. 421. - - - - -Viertes Kapitel. - -Ladung und Entladung. - - -Wir wollen zunächst das ~Verhalten~ des Bleiakkumulators während der -Ladung und Entladung betrachten. - -1. ~Ladung~. In den ersten Minuten nach Beginn der Ladung, für die das -in Fig. 2 (s. S. 26) gegebene Schaltungsschema gilt, steigt die -Klemmenspannung des Akkumulators ziemlich schnell auf 2,1 bis 2,18 -Volt[67]. Oft beobachtet man, daß die Spannung im Anfange der Ladung -zuerst steigt und dann wieder etwas abfällt, daß also das erste Stück -der Spannungskurve einen kleinen Höcker aufweist. Während des größten -Teiles der Ladung wächst die Spannung nur ganz langsam bis zu 2,2 Volt; -gegen Ende der Ladung erfolgt ein schneller Anstieg der Kurve. - -Bei etwa 2,3 Volt beginnt die Gasentwicklung; an den Anoden schon etwas -früher; sie ist zuerst schwach, dann lebhaft; der Akkumulator „kocht‟. -Die Klemmenspannung hängt besonders während der Gasbildung in hohem Maße -von der Ladestromstärke ab (s. Fig. 7); hat der Strom noch den der -vierstündigen Ladung entsprechenden Wert, so steigt die Spannung bis zu -etwa 2,7 Volt und ev. noch höher. - -[Illustration: Fig. 7.] - -[Illustration: Fig. 8.] - -In den Fig. 7 und 8 ist der Verlauf der Klemmenspannung bei Beginn und -gegen Ende der Ladung graphisch dargestellt. Die Zelle bestand aus 5 -Platten, 2 positiven und 3 negativen (10 cm × 14 cm); die ersteren waren -Großoberflächenplatten. Die Stromdichte betrug zuerst etwa 0,6, später -etwa 0,4 Amp. pro Quadratdezimeter, bezogen auf die positiven Platten. - -Die Stromdichte war verhältnismäßig klein. Nach ~Heim~[68] ist -bei dreistündiger Entladung die Stromdichte bei positiven -Großoberflächenplatten 1,3-1 Amp. pro 1 dm². - -Vereinzelte Gasblasen sieht man während der ganzen Ladung emporsteigen. -Die Gase, die sich entwickeln, sind die Elemente des Wassers, und zwar -entweicht der Sauerstoff an den positiven, der Wasserstoff an den -negativen Platten. Die stärkere Gasentwicklung ist ein Zeichen, daß der -chemische Umsatz an den dem Strome zugänglichen Teilen der aktiven Masse -nahezu vollendet ist. Hat man den Akkumulator mit der höchsten -zulässigen Stromstärke geladen, so setzt man, sobald lebhafte Gasbildung -erfolgt, den Strom auf die Hälfte bis ein Drittel seiner bisherigen -Stärke herab. - -Die Klemmenspannung e während der Ladung kann in zwei Summanden zerlegt -werden; der eine Teil dient dazu, die Gegenspannung (die momentane -elektromotorische Kraft) des Elementes E aufzuheben, der andere, den -Ohmschen Widerstand w der Zelle zu überwinden: - - e = E + i · w. - -Man beobachtet oft, wie schon erwähnt wurde, daß kurze Zeit nach Beginn -der Ladung die Potentialdifferenz der Klemmen etwas sinkt und dann -wieder ansteigt. Diese Erscheinung ist nach Dolezalek auf eine Änderung -des Widerstandes zurückzuführen, den der Strom in den Platten findet. -Während der der Ladung vorausgegangenen Ruhepause bedecken sich die -Elektroden wahrscheinlich mit einer sehr dünnen Schicht von -schlechtleitendem Bleisulfat (s. Sulfatierung). Dieses wird, wenn die -Ladung beginnt, in kurzer Zeit gelöst. Im übrigen wird durch die -Änderung des inneren Widerstandes während der Ladung die Klemmenspannung -nur wenig beeinflußt. Das anfängliche schnelle und das spätere langsame -Wachsen der Klemmenspannung ist auf die Änderung der Konzentration der -Säure in den Poren der wirksamen Masse und der äußeren Säure -zurückzuführen. Sobald die Stromzufuhr beginnt, wird in den Poren Säure -frei, die Konzentration (und damit die elektromotorische Kraft) steigt -so lange, bis in jedem Zeitteilchen gerade soviel Säure durch Diffusion -nach außen gelangt, wie in den Poren durch den chemischen Umsatz erzeugt -wird. Je größer die Ladestromstärke ist, um so größer wird der -Unterschied der Konzentration der beiden Säuren, um so größer wird die -Klemmenspannung. Die Differenz der beiden Konzentrationen können wir, -wenn mit konstanter (nicht zu großer) Stromdichte geladen wird, als -konstant ansehen; wächst also die Dichte der äußeren Säure, so nimmt -auch diejenige der Säure in den Poren zu. - -Gegen Ende der Ladung werden von den Platten Gase absorbiert, man -spricht daher von einer „Gaspolarisation‟. Da die Okklusionsfähigkeit -des Bleies nur eine geringe ist, so ist es sehr zweifelhaft, ob die -Gaspolarisation überhaupt eine Rolle spielt. Übrigens kann man, wie wir -gesehen haben, den starken Anstieg der Spannung gegen Ende der Ladung -darauf zurückführen, daß der Elektrolyt an Bleisulfat verarmt und daher -die Konzentration der Blei- und Bleisuperoxydionen[69] eine sehr -geringe wird (siehe Theorie von ~Liebenow~). - -Verschiedene Firmen schreiben vor, daß die von ihnen gelieferten -Akkumulatoren ab und zu nach Beginn der lebhaften Gasentwicklung noch -längere Zeit, etwa 2-3 Stunden lang, weiter geladen werden sollen. Der -Zweck der ~Überladung~, die im allgemeinen schädlich ist, weil durch die -entweichenden Gase Teilchen der aktiven Masse abgerissen werden, die -ferner eine nicht unwesentliche Verringerung des Nutzeffektes zur Folge -hat, ist ein zweifacher. Es kommt zuweilen vor, daß einzelne Zellen -einer Batterie aus irgend einem Grunde gegen die anderen -„zurückbleiben‟. Bei diesen Zellen erfolgt die Umwandlung von Bleisulfat -in Blei bezw. Bleisuperoxyd langsamer als bei den übrigen Elementen, die -sich in normalem Zustande befinden. Während der Überladung geht nun die -chemische Umwandlung in den kranken Zellen noch weiter vor sich, so daß -ihnen Gelegenheit gegeben wird, sich zu erholen. Ferner werden durch die -während der Überladung entweichenden Gasblasen Strömungen in der Säure -hervorgerufen (die Säure wird aufgewühlt), die eine Vermischung der -unteren, dichteren Schichten mit den oberen, weniger dichten zur Folge -haben. Die Konzentrationsverschiebungen kommen dadurch zustande, daß -während der Ladung konzentrierte Schwefelsäure zu Boden sinkt. (Die -Konzentrationsunterschiede kann man leicht nachweisen, indem man mittels -eines Hebers Säure aus den oberen und den unteren Schichten entnimmt und -mittels des Aräometers die Dichte mißt.) - -~Die Stromdichte darf bei der Ladung einen gewissen oberen Grenzwert -nicht überschreiten~, weil sonst 1. die Umwandlung nur oder fast -ausschließlich an der Oberfläche der Platten vor sich geht (s. -Kapazität), 2. die Ladespannung einen zu hohen Wert hat (s. Nutzeffekt) -und 3. infolge der schnellen, den chemischen Umsatz begleitenden -Volumänderungen sich der Zusammenhang zwischen der aktiven Masse lockern -kann (s. auch S. 14, Überschwefelsäure). - -Die größte zulässige Stromdichte hängt von der wirksamen Oberfläche, von -der Dicke der aktiven Schicht und von der Porosität der Platten ab. -Gewöhnlich beträgt ~der maximale Ladestrom~ (wie er von den Fabriken -angegeben wird) so viel Amper, wie der dritte Teil der Kapazität bei -dreistündiger Entladung angibt. Ist z. B. die Kapazität bei -dreistündiger Entladung 120 Amperstunden, so ist die maximale -Ladestromstärke gleich 40 Amp. - -Kennt man die ~maximale Ladestromstärke~ nicht, so bestimme man die -projizierte Oberfläche der Positiven; ist die Länge einer Platte a cm, -die Breite b cm, so ist die Oberfläche einer Platte 2 a b cm²; pro -Quadratdezimeter darf man 0,6 bis 0,7 Amp. rechnen. - - ~Eine untere Grenze für die Ladestromstärke gibt es nicht~; im - Gegenteil, je kleiner die Stromstärke, um so günstiger die Ökonomie, - um so gründlicher erfolgt der chemische Umsatz. Besonders wenn Zellen - zu sehr in Anspruch genommen wurden, oder einige Zeit in entladenem - Zustande gestanden haben, ist ihnen eine Ladung mit schwachem Strome - von Nutzen. - -Über die ~Ladung~ von Akkumulatoren bei ~konstanter Spannung~ hat -~Heim~[70] eingehende Versuche ausgeführt. - -Einer Reihe von Ladungen mit (angenähert) konstanter Stromstärke, wie -sie für drei- bis vierstündige Ladung vorgeschrieben ist, d. h. von -normalen Ladungen, folgten Ladungen mit konstanter Spannung von 2,4 -Volt, später von 2,5 Volt pro Zelle. Hierbei ist die anfängliche -Stromstärke eine verhältnismäßig sehr große, sie sinkt aber schnell. Die -Zellen nehmen in jedem Augenblicke diejenige Elektrizitätsmenge auf, die -ihrem momentanen Ladezustande angemessen ist; bei Beginn der Ladung ist -die Aufnahmefähigkeit der Zelle eine sehr große. Es ergab sich, daß „der -Nutzeffekt beim Laden mit konstanter Spannung von 2,4 bis 2,5 Volt und -einer Ladezeit von etwa ½ Stunde nicht sehr wesentlich ungünstiger -ausfällt, als man ihn bei 3½- bis 4stündigen Ladungen und 3stündigen -Entladungen mit konstantem Strome erzielt‟. Ferner fand ~Heim~, daß -durch eine 1½stündige Ladung bei konstanter Spannung von 2,4 Volt die -Zellen nicht ganz, bei 2,5 Volt dagegen fast so weit geladen werden, wie -durch 3½stündige Ladungen mit konstanter Stromstärke. Durch ½stündige -Ladung bei 2,4 Volt erreicht man die Hälfte, durch ½stündiges Laden mit -2,5 Volt zwei Drittel der beim Laden mit konstanter Stromstärke -erzielten Kapazität. Der Wirkungsgrad in Amperstunden war fast so -günstig wie bei der Ladung mit konstanter Stromstärke. - -Von der Ladung mit konstanter Spannung wird man aber nur in -Ausnahmefällen Gebrauch machen, wohl nur dann, wenn die Zeit, die für -die Ladung zur Verfügung steht, knapp bemessen ist, da ihrer Anwendung -die schnellere Abnutzung der Platten und vielfach auch der hohe Betrag -der anfänglichen Stromstärke im Wege steht. War doch die Stromstärke bei -Beginn der Ladung mit 2,5 Volt 6-7 Mal größer als der höchste zulässige -Ladestrom[71] und zwar bei einer Type „für starke Entladung‟. - -2. Wir wollen uns jetzt mit den verschiedenen ~Stromquellen~ -beschäftigen, die ~für die Ladung~ von Akkumulatoren in Betracht kommen. - -Am einfachsten gestaltet sich die Ladung, wenn vorhanden ist ein a) -~Anschluß an ein Gleichstromnetz~. Da die positive Leitung an den -positiven Pol der Batterie anzuschließen ist, so muß man in -zweifelhaften Fällen zunächst die Polarität der Leitungen bestimmen. Am -einfachsten benutzt man die elektrochemische Methode: Man kann z. B. -einen Wasserzersetzungsapparat mit den Drähten des Netzes verbinden, -wobei eventuell durch einen Vorschaltwiderstand der Strom abzuschwächen -ist; diejenige Elektrode, an der die Gasentwickelung am stürmischsten -erfolgt, ist mit der negativen Leitung verbunden. Vielfach benutzt man -für die Bestimmung der Polarität Polreagenzpapier[72]. Dieses wird vor -dem Gebrauche mit Wasser angefeuchtet und auf eine isolierende Unterlage -(die Tischplatte) gelegt. Die Enden der Drähte, deren Polarität man -bestimmen will, drückt man gegen das Papier; dieses färbt sich, wenn es -mit der Lösung eines Alkalisalzes (+ Phenolphtaleïn) imprägniert ist, an -derjenigen Stelle, wo es von dem negativen Leitungsdrahte berührt wird, -rot. - -Ob man bei der Ladung alle Zellen hintereinanderschaltet oder -gruppenweise (z. B. die Hälfte) hintereinander und die Gruppen parallel -schaltet, hängt von der zur Verfügung stehenden Netzspannung ab. -Beträgt z. B. die Netzspannung 110 Volt, und rechnen wir als -Endspannung jeder Zelle 2,7 Volt, so kann man 110/2,7 = 41 Zellen in -Hintereinanderschaltung laden. Soll eine größere Anzahl von Zellen -geladen werden, handelt es sich beispielsweise um 80 Zellen, so werden -je 40 Zellen in Reihe geschaltet; wir erhalten dann vier freie Pole, -zwei positive und zwei negative. Man verbindet nun die beiden positiven -Pole durch einen Draht miteinander und ebenso die beiden negativen; an -die beiden Verbindungsdrähte wird die Netzleitung angeschlossen (siehe -auch S. 97). - -In den Ladestromkreis schaltet man ein Ampermeter und einen -veränderlichen Widerstand ein. Je größer die Spannung des Netzes und je -kleiner die Anzahl der zu ladenden Zellen ist, um so größer muß der -Rheostat sein. - - Beispiel: Netzspannung 110 Volt, Anzahl der Zellen 20, Ladestromstärke - 15 Amper. Da die Spannung jeder Zelle bei Beginn der Ladung rund 2 - Volt beträgt, so müssen in dem Vorschaltwiderstand 110 - 40 = 70 Volt - erdrosselt werden. Der Spannungsabfall in einem Widerstande von w Ohm - beträgt aber, wenn ein Strom von i Amper durch den Widerstand fließt, - w · i Volt. Mithin muß der Vorschaltwiderstand 70/15 = 4,7 Ohm haben. - Ist er etwas kleiner, so schadet das weiter nichts, da die - Gegenspannung jeder Zelle in ganz kurzer Zeit auf 2,1 Volt steigt. -- - -Will man mit konstanter Stromstärke laden, so muß man von Zeit zu Zeit -einen Teil des Vorschaltwiderstandes abschalten[73]. - -Wenn nur wenige Zellen geladen werden sollen und die Netzspannung hoch -ist, so kann man statt eines Kurbelrheostates Glühlampen als -Vorschaltwiderstand benutzen (Lampenwiderstand). 16kerzige Lampen für -110 Volt verbrauchen rund 0,5 Amper, haben also bei normalem -Stromdurchgang einen Widerstand von etwa 220 Ohm (der Widerstand des -Kohlefadens nimmt mit steigender Temperatur ab). Schaltet man n solcher -Lampen parallel, so entsprechen diese einem Widerstand von 220/n Ohm; je -größer man also n macht, um so stärker wird der Ladestrom. Das -Schaltungsschema ist in Fig. 9 dargestellt: _L_₁ und _L_₂ sind die -Drähte der Starkstromleitung, _L.W._ ist der Lampenwiderstand, _B_ die -Batterie. - -[Illustration: Fig. 9.] - - Handelt es sich um die Ladung einer kleinen Anzahl von Zellen, so ist - die Stromentnahme aus einem Netze höherer Spannung nicht ökonomisch, - da der größte Teil der entnommenen Energie in dem Vorschaltwiderstand - nutzlos in Wärme umgesetzt wird. - -b) ~Anschluß an ein Wechselstromnetz.~ Wechselstrom kann man für die -Ladung einer Batterie nicht verwenden. Es muß also entweder eine -Umformung in Gleichstrom erfolgen, oder es muß die eine Hälfte einer -jeden Stromwelle unterdrückt bezw. stark geschwächt werden. - -Die Umformung erfolgt entweder in einem ~Motorgenerator~ (Motordynamo) -oder in einem ~Einanker-Umformer~ (auch rotierender Umformer genannt). -Ersterer besteht aus einem Wechselstrommotor und einer von diesem -angetriebenen Gleichstrommaschine, letzterer ist eine Dynamomaschine, -deren Anker auf der einen Seite mit Schleifringen, auf der anderen mit -einem Kommutator (Kollektor) versehen ist. Die Benutzung eines -Motorgenerators gewährt den Vorteil, daß man die Spannung der -Gleichstrommaschine in einfacher Weise regulieren kann, während eine -Änderung der Gleichstromspannung bei einem rotierenden Umformer zwar -möglich, aber ziemlich kompliziert ist. Es ist nämlich das Verhältnis -zwischen der eingeleiteten Wechselspannung und der von den Bürsten -abgenommenen Gleichstromspannung ein festes[74], und zwar geben -theoretisch bei Einphasenstrom-Gleichstromumformern 100 Volt zugeführte -(effektive) Spannung 141 Volt (100:√½) Gleichstromspannung und bei -Drehstrom-Gleichstromumformern entsprechen 100 Volt Spannung zwischen -zwei Schleifringen (Phasenstromspannung) 163 Volt (100:½√⅔) an den -Bürsten. - -Als „~Gleichrichter~‟ kann auch die ~Quecksilberdampflampe~ von ~Cooper -Hewitt~ benutzt werden, die u. a. von der Firma Heräus in Hanau auf den -Markt gebracht wird. Stellt man zwischen ungleichartigen Elektroden (z. -B. zwischen Eisen und einer Dochtkohle) einen Wechselstromlichtbogen -her, so geht der Strom leichter in dem einen Sinne (vom Eisen zur -Kohle) über als im anderen Sinne[75]. Bei der Quecksilberdampflampe sind -die Elektroden Eisen und Quecksilber. In der Physikal.-Techn. -Reichsanstalt wurden eingehende Versuche und zwar durchaus -zufriedenstellende mit diesem Gleichrichter angestellt, die sich auf -Einphasen- und Drehstrom bezogen[76]. Es ergab sich, daß der -Spannungsverlust bei 3 Amp. 18 Volt und bei 10,5 Amp. 15 Volt betrug. -Beträgt also die Netzspannung 150 Volt, so beträgt der Energieverlust -bei 10,5 Amp. Stromstärke 10%. Ein Vorzug des Quecksilber-Gleichrichters -besteht auch darin, daß er ohne Beaufsichtigung (während der Nacht) im -Betrieb bleiben kann. - -Die ~elektrolytischen Umformer~, welche die Umwandlung von Wechselstrom -in pulsierenden Gleichstrom bezwecken, beruhen auf folgendem Prinzip. -Bildet man aus einer Aluminium- und einer Blei- (oder Platin-)elektrode -und verdünnter Schwefelsäure (oder einer Lösung der Sulfate der Alkalien -oder des Alauns) einen elektrolytischen Apparat, so fließt bei -Verwendung von Gleichstrom, falls die Spannung einen gewissen Betrag -nicht übersteigt, nur dann Strom durch die Zelle, wenn Aluminium die -negative Elektrode ist (unipolare Elektrode). Man nimmt an, daß sich bei -der umgekehrten Richtung das SO₄ mit Aluminium zu einer sehr dünnen -unlöslichen Schicht von basischem Aluminiumsulfat verbindet, das den -elektrischen Strom nicht leitet[77]. Nachdem also eine geringe -Elektrizitätsmenge durch den Apparat geflossen ist, wird die Zelle zu -einem Kondensator. Schaltet man eine hinreichend große Anzahl der Zellen -hintereinander und verbindet die Endklemmen mit einem Wechselstromnetze, -so wird von jeder Stromwelle die Hälfte unterdrückt und man erhält -pulsierenden Gleichstrom[78]. - -[Illustration: Fig. 10.] - -Sollen die beiden halben Wellen des Wechselstromes ausgenutzt werden, so -wendet man die in Fig. 10 angegebene Schaltung an. Ist die Klemme _K_₁ -der Wechselstrommaschine die positive, so geht der Strom durch die Zelle -_2_, durch die zu ladende Batterie _B_, durch die Zelle _3_ zur Maschine -zurück; ist _K_₂ positiv, so geht der Strom durch die Zellen _4_ und -_1_. Für 110 Volt Wechselstrom genügen 4 Zellen. - -[Illustration: Fig. 11.] - -c) ~Laden mittels einer Gleichstrommaschine.~ Am besten eignet sich die -Nebenschlußmaschine. Eine solche (mit 2 Polen) ist in Fig. 11 -schematisch dargestellt. Der im Anker _A_ erzeugte Strom teilt sich -hinter der positiven Bürste; ein kleiner Teil (_i_) fließt durch die -zahlreichen Windungen des linken Elektromagnetschenkels, durch den -Regulierwiderstand _R_, die Windungen auf der rechten Seite und endlich -durch die Bürste _B_₂ zum Anker zurück. Der Hauptstrom _J_ fließt durch -die Akkumulatorenbatterie, deren positiver Pol mit der positiven Bürste -verbunden sein muß. - -Verringert man bei einer bestimmten Klemmenspannung den Widerstand in -_R_ (durch Drehen der Kurbel), so wächst _i_, der Erregerstrom, und es -wird, falls die Feldmagnete nicht schon vorher gesättigt waren, das -magnetische Feld verstärkt, so daß die elektromotorische Kraft der -Maschine steigt. Umgekehrt kann man durch Vergrößerung von _R_ die -elektromotorische Kraft verringern. Da man mit Hilfe des Rheostates die -Spannung regulieren kann, so nennt man ihn Regulator. Die -Spannungsregulierung kann in ziemlich weiten Grenzen vorgenommen werden. - - Wir wollen annehmen, daß die Tourenzahl der Maschine, wie es meistens - zutrifft, nicht verändert werden kann. Man kann dann nur durch - Verstärkung des Erregerstromes die Spannung steigern, natürlich nur so - lange, bis die Elektromagnete gesättigt sind. Im allgemeinen wird nun - die Maschine so gebaut, daß ihre Feldmagnete bei der normalen Spannung - (z. B. 110 Volt) nahezu gesättigt sind. Soll eine Nebenschlußmaschine - also zeitweise eine wesentlich höhere Spannung, als man sie gewöhnlich - von ihr verlangt, liefern, so muß der Magnetismus der Feldmagnete bei - der normalen Spannung noch ziemlich weit vom Maximum entfernt sein, d. - h. das Material (das Eisen) wird nur zeitweise vollständig ausgenutzt, - die Maschine ist also verhältnismäßig teuer. - -Die Gründe, weshalb sich die Nebenschlußmaschine für die Ladung von -Akkumulatoren besonders eignet, sind folgende. Da die Klemmenspannung -eines Akkumulators während der Ladung um 30-40% steigt[79], so muß, -wenn man nicht durch einen Vorschaltwiderstand den Strom zuerst -abschwächen will, die elektromotorische Kraft der Lademaschine -allmählich erhöht werden, was, wie schon gezeigt, bei der -Nebenschlußmaschine, ohne daß man die Tourenzahl ändert, leicht -geschehen kann. Nehmen wir ferner an, daß die elektromotorische Kraft -der Maschine aus irgend einem Grunde, etwa infolge Gleitens des Riemens, -plötzlich so stark sinkt, daß sie kleiner wird als die Spannung der -Batterie, die geladen wird; es schickt dann die Batterie Strom in die -Maschine[80]. Man erkennt nun leicht, wenn man die Fig. 11 betrachtet, -daß der durch die Elektromagnetwickelung fließende Akkumulatorenstrom -dieselbe Richtung hat wie der von der Maschine selbst vor Eintritt der -Störung in den Nebenschluß geschickte Strom. Die Feldmagnete ändern also -ihre Polarität nicht, sie werden nicht ~umpolarisiert~[81], und es -behält daher auch die im Anker induzierte elektromotorische Kraft ihre -Richtung bei; sie ist mithin stets der elektromotorischen Kraft der -Batterie entgegengesetzt gerichtet. Hört die Störung auf, so wächst die -induzierte elektromotorische Kraft, und die Maschine schickt wieder -Strom in die Batterie. - -Wie sich die Ladung gestaltet, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Es -soll nur ein bestimmter, in der Praxis häufig vorkommender Fall -besprochen werden. Es handle sich um eine Anlage mit 110 Volt; die -Anzahl der Zellen sei 60, die Spannung der Nebenschlußmaschine möge bis -zu 150 Volt erhöht werden können. Die Steigerung der Spannung um 40 Volt -wird nun nicht allein durch Vergrößerung der Feldstärke des -Magnetsystems, sondern auch durch Verringerung der Ankerrückwirkung -bewirkt. Da aber die Ankerreaktion von der Ankerstromstärke abhängig -ist, so ist man gegen Ende der Ladung, um die letzte Spannungserhöhung -zu erzielen, gezwungen, den Strom zu verringern. -- Bevor man die Dynamo -auf die Batterie schaltet, mißt man die Klemmenspannung der Batterie, -diese sei E. Dann erregt man die leer laufende Dynamo (mittels des -Nebenschlußregulators) so, daß ihre Spannung um einige Volt höher ist -als E und verbindet (durch Drehen des Schalters) die Dynamo mit der -Batterie; unter Beobachtung des Ampermeters wird die elektromotorische -Kraft der Maschine derartig reguliert, daß der gewünschte Ladestrom -zustande kommt. Im Verlaufe der Ladung muß von Zeit zu Zeit eine -Nachregulierung erfolgen. - -Bei den angenommenen Verhältnissen kann die ganze Batterie so lange -geladen werden, bis die Spannung pro Zelle 150/60 = 2,5 Volt beträgt. -Will man bis zu 2,7 Volt laden, so müssen einige Zellen abgeschaltet -werden (s. Zellenschalter). - -Wenn eine Dynamo vorhanden ist, die nur die für den normalen Betrieb -nötige Spannung (z. B. 110 Volt) liefern kann, so wird in vielen Fällen -eine ~Zusatzdynamo~ verwendet, die mit der Hauptmaschine in Reihe -geschaltet wird und die fehlende Spannung liefert. Meistens wird die -Zusatzdynamo durch einen Elektromotor angetrieben, dem Strom aus dem -Netze zugeführt wird. - -Wenn eine Zusatzmaschine nicht vorhanden ist und die Hauptmaschine nur -die für die Speisung der Lampen und Motoren nötige Spannung liefert, so -kann man die Batterie ~in zwei Hälften laden~ (s. S. 88). Hierbei muß -eventuell ein Teil der Maschinenspannung in einem Vorschaltwiderstand -getötet werden, dessen Größe man allmählich verringert. Sobald die -Ladung der Batterie beendigt ist, werden die beiden Gruppen wieder -hintereinander geschaltet. - - Die Ladung in zwei Hälften ist mit größeren Energieverlusten - verbunden. Besteht z. B. die Batterie bei 110 Volt Netzspannung aus 62 - Zellen, und rechnen wir als mittlere Ladespannung 2,2 Volt, so müssen - durchschnittlich (110 - 31 . 2,2) Volt = 41,8 Volt erdrosselt werden, - so daß 38% der von der Dynamo abgegebenen Energie im - Vorschaltwiderstand in Wärme umgesetzt werden. Die Ladung mit - Zusatzmaschine wird daher vorgezogen. - - Die Zusatzmaschine erhalte Strom von der Hauptmaschine. Rechnen wir - den Wirkungsgrad des Antriebsmotors und den der Zusatzmaschine zu 85%, - so ist der Wirkungsgrad des Aggregates gleich 0,85 . 0,85 = 0,7225. - Der Energieverlust beträgt also bei unseren Annahmen 27¾% der dem - Aggregate zugeführten Energie. - -Eine ~Schaltung~, die fast die ganze Netzspannung auszunutzen gestattet, -hat ~Micka~ angegeben. Angenommen, es sollen bei 110 Volt Netzspannung -63 Zellen geladen werden. Aus diesen werden drei gleich große Gruppen -gebildet, die wir mit I, II, III bezeichnen wollen. Die Zellen jeder -Gruppe werden in Reihe und die beiden Gruppen II und III parallel -geschaltet. Diese Doppelbatterie wird mit I in Serie geschaltet, so daß -die für 42 Zellen erforderliche Spannung vorhanden sein muß. Gruppe I -erhält also den vollen Ladestrom J, während II und ebenso III mit dem -Strome J/2 geladen werden. Mithin sind die Zellen der ersten Gruppe -früher geladen als die anderen. Nach Abschaltung von I werden II und III -hintereinander geschaltet. Es ist auch hier die Vorschaltung eines -Widerstandes nötig. Man kann auch in drei Zeitabschnitten laden, indem -man z. B. zuerst unter Vorschaltung eines Widerstandes Gruppe I und II -in Serie lädt, dann I und III und zuletzt II und III. (Siehe E. T. Z. -1908, S. 943). - -d) ~Ladung mittels der Thermosäule.~ Die Verwendung der Thermosäule für -die Ladung von Akkumulatoren ist besonders am Platze, wenn es sich um -eine kleinere Anzahl von Zellen handelt. Das Verfahren ist höchst -einfach, billig und mühelos: ein Vorschaltwiderstand ist überflüssig; -die Einschaltung eines Ampermeters ist nicht erforderlich, einer -Beaufsichtigung bedarf die Ladung nicht, man kann die Ladung auch -während der Nacht fortsetzen; der Gasverbrauch beträgt pro Stunde ⅕ bis -⅙ Kubikmeter (für etwa 2 Pfg.); da endlich mit geringer Stromdichte -geladen wird, so ist die chemische Umwandlung eine gründliche. - - Die ~Gülcher~sche Thermosäule besteht aus 66 hintereinander - geschalteten Elementen. Die elektromotorische Kraft ist am Abend etwas - höher als am Tage, da die Gaswerke am Tage den Gasdruck auf einer - etwas geringeren Höhe halten. Es ist jedoch nicht nötig, einen - Gasdruckregulator, dessen Verwendung vielfach empfohlen wird, - einzuschalten. Nach dem Anzünden der Gasflämmchen, das nicht sofort - nach Öffnung des Gashahnes, sondern erst etwa ¼ Minute später - geschehen darf, steigt die elektromotorische Kraft zuerst schnell, - dann langsam und erreicht in etwa 20 Minuten ihren Endwert von ca. 3,7 - Volt (am Abend). Der innere Widerstand der Säule beträgt rund 0,7 Ohm. - Man verbindet die Akkumulatoren erst einige Minuten nach dem Anzünden - der Gasflammen mit den Polen der Thermosäule (+ mit +, - mit -), weil - sonst der Akkumulator noch eine Zeitlang Strom abgibt. Wenn man sich - vergewissern will, ob der Akkumulator auch wirklich Strom aufnimmt, so - schaltet man ein Ampermeter ein[82]. Bei Beginn der Ladung gibt die - Thermosäule einen Strom von rund 2 Amper ab, später geht die - Stromstärke etwas zurück. - - Sind mehrere Zellen zu laden, so muß man diese parallel schalten, da - die Spannung der Thermosäule schon für die Ladung von zwei in Reihe - geschalteten Zellen zu klein ist. Es sei an dieser Stelle die - Bemerkung eingeschoben, daß man ~bei der Parallelschaltung~ der Zellen - ~keine Gewißheit~ hat, ~daß alle Zellen Strom aufnehmen~[83]. Ist bei - einer Zelle Sulfatierung erfolgt (s. S. 112), ihr Widerstand also sehr - groß, oder ist ein Kontakt mangelhaft, oder ein Verbindungsdraht - durchgebrochen o. dgl., so nimmt die Zelle keinen oder doch nur einen - ganz schwachen Strom auf. Um sich zu vergewissern, ob in alle Elemente - Strom fließt, verbinde man für einen Augenblick jede Zelle einzeln mit - der Thermosäule (Einschaltung eines Ampermeters). Gegen Ende der - Ladung sieht man zu, ob sich in jeder Zelle an beiden Elektroden Gase - entwickeln. - - Nach Beendigung der Ladung schaltet man zuerst den Akkumulator ab, - dann ~bläst man die Gasflämmchen aus~ und dreht den Gashahn zu. Wenn - man das Ausblasen unterläßt, erfolgt meistens eine Explosion, die der - Thermosäule schaden kann. - -Es schadet dem Akkumulator nicht, wenn man, bevor er gefüllt ist, die -Ladung unterbricht, ihm Strom entnimmt und später die Ladung fortsetzt -(s. jedoch Kap. 7). Auch darf man den Akkumulator aufladen, d. h. ihm -Strom zuführen, ohne daß er vorher erschöpft war. - -e) Wenn keine der vorher erwähnten Stromquellen für die Ladung der -Akkumulatoren zur Verfügung steht, so muß man seine Zuflucht zu -~galvanischen Elementen~ nehmen. - - Daniell-Elemente sind weniger geeignet, da ihre elektromotorische - Kraft nur etwas mehr als 1 Volt (1,08) und ihr innerer Widerstand - ziemlich groß ist. Man muß mindestens drei Elemente hintereinander - schalten. Gut brauchbar sind Bunsen-Elemente: Zink[84] in verdünnter - Schwefelsäure (ca. 10%), Kohle in Salpetersäure. Das Element hat eine - elektromotorische Kraft von etwa 1,8 Volt, der innere Widerstand - beträgt bei den Elementen mittlerer Größe 0,1 bis 0,2 Ohm. Zwei - Elemente genügen also für einen Akkumulator bezw. mehrere parallel - geschaltete Zellen; die Stromstärke beträgt anfänglich 5-7 Amp. Da die - Salpetersäure gesundheitsschädliche Dämpfe abgibt, so stellt man die - Elemente unter den Gasabzug oder ventiliert den Raum gut, in dem die - Ladung erfolgt. - - Die Reichspostämter benutzen für die Ladung der Akkumulatoren vielfach - Kupferelemente. Von einer Beschreibung dieses Elementes soll aber - Abstand genommen werden. - -Endlich sei noch erwähnt, daß manchmal die ~Ladung einer kleinen -Batterie aus einer großen~ empfehlenswert ist. Wenn bei der großen -Batterie Schaltzellen vorhanden sind, so entnimmt man den Strom den -beiden letzten mit dem Zellenschalter verbundenen Elementen. Durch -Einschaltung eines kleinen Widerstandes schwächt man den Strom ab. - -3. ~Die Entladung.~ Schaltet man nach beendigter Ladung die -Ladestromquelle ab, so beobachtet man an einem mit den Klemmen -verbundenen Voltmeter, daß die elektromotorische Kraft des Akkumulators -zuerst schnell und dann langsam zurückgeht. Erst nach Verlauf von 40-50 -Minuten (wenn kein nennenswerter Strom entnommen wird) bleibt die -Spannung konstant und hat dann den der Säuredichte entsprechenden Wert -von 2-2,1 Volt (siehe S. 44). Für die Abnahme der Spannung lassen sich -verschiedene Gründe angeben: (Verschwinden der Gaspolarisation?), -Abnahme der hohen Säurekonzentration in den Poren, die zuerst schnell, -dann langsam erfolgt, Eindringen von Bleisulfat in den Elektrolyten, das -eine Zunahme der Konzentration der Blei- und Bleisuperoxydionen zur -Folge hat; ferner ist zu berücksichtigen, daß ein Teil der Ladespannung, -wenn Gasentwicklung erfolgt, als Überspannung anzusehen ist, die, sobald -man den Ladestrom abschaltet, wegfällt. - -[Illustration: Fig. 12.] - -Manchmal beobachtet man, daß nach Abschaltung der Ladestromquelle noch -eine ziemlich starke, kurze Zeit dauernde Gasentwicklung erfolgt. -~Dolezalek~ erklärt diese Erscheinung folgendermaßen[85]: „Hat man durch -lange Überladung alles auf der Elektrode befindliche Sulfat zersetzt, so -bildet sich das Sulfat durch freiwillige Entladung (s. S. 106) zurück, -was sich durch eine starke, kurz dauernde Wasserstoffentwicklung bei -Öffnung des Ladestromes zu erkennen gibt‟. Es ist aber auch möglich, daß -das sogen. Nachkochen durch metallische Verunreinigungen hervorgerufen -wird (s. Selbstentladung). - -Wird der Akkumulator entladen, so sinkt die Klemmenspannung zunächst -sofort um den Betrag i · w_{i}[86], hierzu kommt in den ersten -Minuten ein ziemlich starker Spannungsabfall, der durch den -Schwefelsäureverbrauch in den Poren der aktiven Masse und in -unmittelbarster Nähe der Elektrodenoberfläche zu erklären ist (s. S. -48). Wie man ferner aus der Entladekurve, von der ein Teil in Fig. 12 -abgebildet ist, ersehen kann, bleibt die Spannung nach dem ersten Abfall -längere Zeit nahezu konstant: das Hineindiffundieren der Säure in die -Poren hält gleichen Schritt mit dem Säureverbrauch für die -Sulfatbildung. Den betreffenden Unterschied der Konzentration der -äußeren (C_{a}) und der inneren Säure (C_{i}) wollen wir δ nennen. Nun -nimmt im Laufe der Entladung C_{a} ab; soll also δ konstant bleiben, so -muß auch C_{i} abnehmen. Die Spannung muß demnach, der Abnahme der -Konzentration der äußeren Säure (wie sie mittels eines eingetauchten -Aräometers gemessen wird) entsprechend, langsam sinken. Je mehr -Elektrizität man dem Akkumulator entnimmt, um so mehr wird, wie schon -gezeigt wurde, der Säure das Eindringen in die aktive Masse erschwert. -Daher ist gegen Ende der Entladung ein schnellerer Spannungsabfall zu -erwarten (s. Fig. 13). - -Man hört mit ~der Entladung auf, wenn die Klemmenspannung bei -Stromentnahme~ 1,83 ~bis~ 1,8 ~Volt beträgt~, weil eine zu weit -getriebene Entladung dem Akkumulator schädlich ist und durch sie die -folgende Ladung erschwert wird; auch gibt ein Akkumulator, wenn er bis -zu dem angegebenen Punkte entladen ist, keine beachtenswerte -Elektrizitätsmenge mehr ab. (S. auch „Erholung‟ S. 105 und „Behandlung‟ -Kap. 7.) - - Bei Zentralen kommt noch hinzu, daß, wenn man mit der Entladespannung - noch unter 1,8 Volt heruntergehen wollte, das Konstanthalten der - Spannung in der Zentrale umständlich wäre und die Zahl der Zellen - vergrößert werden müßte. Diese nämlich ist abhängig von der - Netzspannung und der Endspannung der Zellen. Bei 110 Volt Netzspannung - sind 110/1,8 Zellen erforderlich. - -[Illustration: Fig. 13[87].] - -Wie bei der Ladung, so darf auch bei der Entladung eine ~gewisse -Stromdichte nicht überschritten werden~ -- wenigstens für längere Zeit -nicht, weil sich die Platten bei zu starker Stromentnahme (infolge der -plötzlichen und starken Volumänderungen) krümmen („werfen‟) und die -aktive Masse abbröckeln kann. Durch eine stärkere Krümmung der Platten -kann ein innerer Kurzschluß herbeigeführt werden, der, falls er nicht -bald beseitigt wird, zu einem vollständigen Ruine des Akkumulators -führt. Die ~maximale Stromstärke~ wird von den Fabriken für die -einzelnen Typen angegeben und ist meistens gleich der maximalen -Ladestromstärke (s. auch Kap. 7). - -Nur dann, wenn man mit sehr geringer Stromdichte entlädt, wird fast -alles Bleisuperoxyd in Bleisulfat umgewandelt. Wie durch ~Ayrton~, -~Lamb~ und ~Smith~ nachgewiesen wurde, bleiben selbst bei 15stündiger -Entladung noch 40% des bei Beginn der Entladung vorrätigen -Bleisuperoxydes zurück. Entsprechendes wird für den Bleischwamm gelten -(s. Kapazität). Es erklärt sich so die Tatsache, daß positive -„entladene‟ Platten noch eine braunrote Farbe haben. - - [67] Die Spannung in den verschiedenen Stadien der Ladung ist von der - Säuredichte, der Plattenkonstruktion usw., vor allem aber von der - Stromdichte abhängig. - - [68] Die Akkumulatoren für stationäre elektrische Anlagen. 4. Aufl. - 1906. - - [69] In der Formel für die elektromotorische Kraft des Akkumulators - kommt das Produkt dieser beiden Konzentrationen im Nenner vor. - - [70] E. T. Z. 1900 Nr. 14 ff. - - [71] Der einstündigen Entladung entsprechend. - - [72] Über die Anfertigung von Polreagenzpapier siehe Lüpke-Bose, - Grundzüge der Elektrochemie, 5. Aufl. S. 22. - - [73] Schaltungsschema siehe Figur 2 a. S. 26. - - [74] Man muß also, wenn man die Gleichstromspannung variieren will, - die Spannung des Wechselstromes ändern; es kann dies durch - Einschaltung von Drosselspulen oder mittels Transformatoren mit - abschaltbaren Spulen geschehen. - - [75] Siehe E. T. Z. 1900 S. 336 u. 403, 1903 S. 187 u. 395. - - [76] E. T. Z. 1909 S. 297. Siehe auch Handbuch der Elektrotechnik I, 2 - S. 362. - - [77] Nach einer anderen Erklärung bildet sich, wenn das Aluminium - Anode ist, Al₂O₃. - - [78] Näheres siehe E. T. Z. 1903, S. 432 und 527. - - [79] Von rund 2 Volt bis zu etwa 2,7 Volt. - - [80] Man kann durch Einschaltung eines Schwachstromautomats - (Minimalausschalters) in die Ladeleitung verhindern, daß die Batterie - Strom in die Dynamo schickt; jedoch kann es vorkommen, daß der Automat - nicht funktioniert. - - [81] Bei der Hauptstrommaschine würden die Feldmagnete umpolarisiert - werden. - - [82] Wenn der Akkumulator keinen Strom aufnimmt, so zeigt ein mit - seinen Klemmen verbundenes Voltmeter die Spannung der Thermosäule an. - - [83] Wenn ein Aräometer nicht benutzt wird. Gegen Ende der Ladung ist - das Ausbleiben der Gasentwicklung ein Zeichen. - - [84] Das Zink muß amalgamiert werden, weil sonst der Zinkverbrauch zu - groß ist. Der theoretische Zinkverbrauch beträgt pro Amperstunde nur - 1,2 Gramm. Je mehr Wasserstoff sich an der Zinkelektrode entwickelt, - um so mehr wird die theoretische Zinkmenge überschritten. - - [85] l. c. S. 63. - - [86] Dieser ist, wenn ~nur~ ein Voltmeter von größerem Widerstand mit - den Klemmen verbunden ist, verschwindend klein; bei dem der - dreistündigen Entladung entsprechenden Strome beträgt w_{i} · i einige - Hundertstel Volt. - - [87] Der Akkumulator wurde mit einer Stromdichte von etwa 0,6 Amp. - (bezogen auf die Positiven) entladen. -- Die Gestalt der - Entladungskurve hängt von der Stromstärke ab. Je größer die - Stromdichte ist, um so stärker ist der Spannungssturz in den ersten - Minuten und gegen Ende der Ladung. - - - - -Fünftes Kapitel. - -Die Vorgänge im ruhenden Akkumulator. - - -1. ~Erholung.~ Wir haben gesehen, daß die Klemmenspannung eines -Akkumulators bei der Entladung sinkt, weil der Elektrolyt im Innern der -Platten und dicht an der Oberfläche an Säure verarmt. Für die -Richtigkeit dieser Erklärung spricht auch diejenige Erscheinung, die man -als ~Erholung~ bezeichnet. Sie besteht darin, daß nach Verringerung der -Belastung, besonders nach Öffnung des Stromkreises, infolge des -Ausgleiches der Konzentrationsunterschiede die Spannung zuerst schnell, -dann langsam bis zu dem der augenblicklichen Dichte der ~ganzen~ Säure -entsprechenden Werte steigt. Wenn man die Erscheinung der Erholung nicht -kennt oder nicht beachtet, so kann man sich leicht über den Zustand des -Akkumulators täuschen. Aus dem Umstande, daß die elektromotorische Kraft -rund 2 Volt beträgt, darf man nicht schließen, daß noch eine große -Elektrizitätsmenge aufgespeichert sei. Dies geht aus den folgenden -Messungen hervor. - -Eine Zelle, die bei vierstündiger Entladung eine Kapazität von etwa 16 -Amperstunden hat, wurde mit 4 Amp. entladen; die anfängliche -elektromotorische Kraft betrug 2,08 Volt. Nach 1 Stunde zeigte das -Voltmeter eine Klemmenspannung von 1,95 Volt an; die Entladung wurde -unterbrochen. Als sie nach 15stündiger Ruhe fortgesetzt wurde, ergab -sich eine elektromotorische Kraft von 2,03 Volt; 3⅙ Stunden später -belief sich die Klemmenspannung auf 1,8 Volt. Nach 5stündiger Pause -zeigte das Voltmeter 2,02 Volt an; bei Entnahme von 4 Amp. fiel die -Spannung in 5 Minuten auf 1,83 Volt. Aus diesen Beobachtungen ergibt -sich wohl von selbst, was man zu tun hat, wenn man sich ein Urteil über -die Frage bilden will, wann man mit der Stromentnahme aufhören muß. - -2. ~Selbstentladung.~ Läßt man einen geladenen Akkumulator unbenutzt -stehen, so nimmt seine Kapazität von Tag zu Tag ab, und die Säuredichte -sinkt allmählich. Die langsam infolge chemischer Prozesse, die sich in -der offenen Zelle abspielen, erfolgende Abnahme der Nutzkapazität -bezeichnet man als Selbstentladung. - - Hierzu gehört also nicht die durch mangelhafte Isolation verursachte - Entladung, die besonders bei Batterien für hohe Spannungen eine Rolle - spielt. Der Vorgang ist folgender: Von der positiven Klemme der - Batterie fließt ein schwacher Strom durch die Säure über die feuchte - Wand der Zelle usw. zum negativen Pole der Batterie. Außerdem können - Ströme von dem positiven Pole einer Zelle über die Glaswand nach dem - negativen Pole ~derselben~ Zelle übergehen. - -Die Umwandlung von Blei und Bleisuperoxyd in Bleisulfat, die erfolgt, -ohne daß der Akkumulator Strom abgibt, kann durch verschiedene -Erscheinungen verursacht werden. - -a) Die Säure absorbiert Sauerstoff der Luft; gelangt dieser an die -Bleischwammelektrode, so wird Blei oxydiert. Da die Absorption und -Diffusion[88] des Sauerstoffs nur sehr langsam erfolgen, so ist die -betreffende Kapazitätsabnahme nur gering. - -b) Bei der Ladung sättigt sich die Säure in der Nähe der Elektroden und -in den Poren der aktiven Masse mit Sauerstoff bezw. mit Wasserstoff, -auch werden von den Elektroden selbst geringe Mengen dieser Gase -aufgenommen (Okklusion). Nach beendigter Ladung diffundiert der -Wasserstoff langsam in die Säure hinein und gelangt nach der positiven -Elektrode, wo er reduzierend wirkt; der Sauerstoff wandert langsam nach -der Bleiplatte, wo er Oxydation hervorruft. Auch die diesen Vorgängen -entsprechenden Verluste spielen keine große Rolle. - -c) Größere Elektrizitätsverluste können durch die Anwesenheit von -fremden Metallen in der Schwefelsäure verursacht werden. Jedoch sind -keineswegs alle Metalle zu den schädlichen zu rechnen, sondern nur -diejenigen, die mit Blei in verdünnter Schwefelsäure ein galvanisches -Element bilden, bei dem Blei der negative Pol ist. Wir werden hierauf -unten noch näher eingehen. Einstweilen nehmen wir an, daß ein -schädliches Metall, etwa Platin, in der Akkumulatorsäure enthalten sei. -Durch Blei wird das Platin ausgefällt, es schlägt sich also Platin auf -der Bleischwammelektrode nieder (wie sich Kupfer auf einem Zinkstabe -niederschlägt, den man in die Lösung eines Kupfersalzes eintaucht). Es -sei jetzt an folgenden Versuch erinnert: Befinden sich ein Zinkstab und -eine Kupferplatte in verdünnter Schwefelsäure, und neigt man die Metalle -so, daß sie sich innerhalb der Säure berühren, so beobachtet man an der -Berührungsstelle lebhafte Gasentwickelung (Wasserstoff). Die Anordnung -bildet ein innerhalb der Säure kurz geschlossenes Voltasches Element; -der Strom geht vom Kupfer durch die Berührungsstelle zum Zink, durch die -Säure zum Kupfer zurück. In unserem Akkumulator befinden sich nun -außerordentlich viele, sehr kleine kurzgeschlossene Elemente, jedes -Platinteilchen bildet mit seiner Unterlage ein solches. Die Vorgänge -sind ähnliche wie diejenigen, die sich in dem Voltaschen Elemente -abspielen (s. S. 22) und können durch die Gleichung dargestellt werden - - Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂. - -Dieses gilt auch, wenn sich ein anderes schädliches Metall in dem -Elektrolyten befindet. - -Die eben erwähnten sehr kleinen Elemente nennt man ~Lokalelemente~ und -die entsprechenden chemischen Vorgänge ~Lokalaktion~. Da infolge der -Lokalaktion Blei in Bleisulfat umgewandelt wird, so muß die Kapazität -der negativen Platte abnehmen. - -Je leichter die Wasserstoffentwicklung an einem der schädlichen Metalle -erfolgt, um so stärker werden die Lokalströme, um so schneller erfolgt -die Selbstentladung. Wenn man daher die Metalle nach dem Grade ihrer -Schädlichkeit in eine Reihe ordnen will, so muß man die „Überspannung‟ -mit berücksichtigen (s. S. 13). Beträgt diese bei einem Metalle -mehr als die elektromotorische Kraft der Kombination Blei | -verdünnte Schwefelsäure | Wasserstoffelektrode, so kann eine -Wasserstoffentwickelung, falls sich das betreffende Metall in der Säure -bezw. auf der Bleischwammelektrode befindet, nicht erfolgen und demnach -auch keine Umwandlung von Blei in Bleisulfat. Nach ~Dolezalek~[89] sind -folgende Metalle dem Akkumulator gefährlich: Platin, Gold, Eisen, -Silber, Nickel, Kupfer, und zwar Platin am meisten, Kupfer am -wenigsten[90]. - - Daß ~Platin~ dem Akkumulator schädlich ist, zeigt ein einfacher - Versuch: Berührt man mit einem Platindrahte oder mit einem Platinblech - innerhalb der Säure eine negative Platte, so beobachtet man lebhafte - Gasentwickelung. -- Spuren von Platin können in die Schwefelsäure - gelangen, wenn dieselbe in einem Platinkessel eingedampft wird. Es - genügen ganz minimale Mengen von Platin, den Akkumulator unbrauchbar - zu machen; die anderen Metalle sollen, wenn sie nur in sehr geringer - Menge zugegen sind, im Laufe der Zeit am Schädlichkeit abnehmen, - wahrscheinlich, weil sie sich mit dem Blei langsam legieren. - -~Kupfer~ kann besonders bei offenen Zellen, die im Laboratorium benutzt -werden, in die Säure gelangen, wenn Messingklemmschrauben oder -Kupferdrähte an die Pole befestigt werden. Durch ~Säuredämpfe~ -oder durch Säurepartikeln, die bei der Ladung von den entweichenden -Gasblasen mitgerissen werden, vielleicht auch durch „kriechende‟ Säure, -wird das Kupfer angegriffen, es bildet sich ein Kupfersalz, von dem -sich Teilchen loslösen usw. -- Stehen Akkumulatoren in der Nähe einer -Dynamomaschine, bei der Kupferbürsten benutzt werden, so können kleine -Kupferpartikelchen in die Säure fliegen. - - Eine bis jetzt noch nicht aufgeklärte Beobachtung hat ~Kugel~[91] - gemacht. Er fand, daß, wenn mehrere Metalle, die für sich allein nur - in geringem Grade schädlich sind, gleichzeitig in der Säure zugegen - sind, eine stärkere Selbstentladung erfolgt. - -Durch Untersuchungen von ~Kayser~ und ~Ost~ soll nachgewiesen sein, daß -Kupfer, wenn es allein in der Säure vorkommt, eine Entladung nicht -hervorruft; jedoch fand auch dann Selbstentladung statt, sobald ein -zweites geeignetes Metall in der Säure war (s. ~Hoppe~, Die -Akkumulatoren für Elektrizität). -- Verfasser weiß aus Erfahrung, daß -Zellen, in die Kupferstaub geraten war, vollständig verdorben wurden. - -Wenn durch metallische Verunreinigungen eine Selbstentladung verursacht -wird, so gasen die Negativen nach Unterbrechung des Ladestromes noch -längere Zeit nach und die Dichtigkeit der Akkumulatorsäure nimmt ab, -dementsprechend sinkt die elektromotorische Kraft langsam. - -d) Ferner ist die Anwesenheit ~schädlicher Metalle in den Platten~ -selbst zu erwähnen. Hier gelten dieselben Betrachtungen wie eben. -Natürlich kann eine metallische Verunreinigung nur dann Selbstentladung -verursachen, wenn das betreffende Metall mit der Säure in Berührung -kommt. - -e) ~Lokalaktion an der positiven Platte.~ Dort findet eine Berührung -zwischen Blei- und Bleisuperoxydteilchen statt, die mit hinzutretender -Schwefelsäure Lokalelemente bilden. Die Lokalaktion besteht in der -Umwandlung von Bleisuperoxyd der aktiven Masse und Blei des Trägers in -Bleisulfat, bewirkt also eine Abnahme der augenblicklichen Kapazität der -positiven Platten (und eine Zunahme der späteren, s. Formation). - - Auch an der negativen Elektrode sollen nach ~Darrieus~ Lokalaktionen - stattfinden (?), da Hartblei (s. S. 118) und Bleischwamm in verdünnter - Schwefelsäure ein galvanisches Element von 0,520 Volt (nach ~Sieg~ von - 0,225 Volt) bilden. - -f) Endlich kann eine ganz schwache Selbstentladung durch -Verunreinigungen der Säure herbeigeführt werden, die leicht oxydierbar -sind und in zwei verschiedenen Oxydationsstufen vorkommen, z. B. Eisen, -das Ferro- und Ferrisalze bildet. Sie nehmen an der positiven Elektrode -Sauerstoff auf, diffundieren als sauerstoffreiche Verbindungen nach der -negativen Elektrode hin, geben dort Sauerstoff ab, gelangen durch -Diffusion wieder nach der positiven Platte usw. - -Die Geschwindigkeit, mit der die Selbstentladung erfolgt, wächst mit der -Konzentration der Säure, weil die elektromotorischen Kräfte der -verschiedenen in Betracht kommenden Elemente mit der Säuredichte -ansteigen. Dies gilt besonders von der Kombination Blei | verdünnte -Schwefelsäure | Wasserstoff. Je größer die elektromotorische Kraft -dieser Kette ist, je mehr sie also die „Überspannung‟ übertrifft, um so -leichter erfolgt Wasserstoffentwicklung. Ist die Säure stark -konzentriert, so kann sich auch chemisch reines Blei unter lebhafter -Wasserstoffentwicklung auflösen (es gehen Bleiionen in die Lösung und -Wasserstoffionen aus der Lösung auf das Blei, wo sie ihre Ladung abgeben -und als Blasen entweichen[92]). - -Über die Größe der Stromverluste infolge der Selbstentladung[93] können -genaue Angaben nicht gemacht werden; sie hängt eben von Zufälligkeiten -ab, vor allem von der Reinheit der Materialien und von der Konstruktion -der Platten. Für positive Platten wird sie im allgemeinen eine andere -sein als für negative. Ferner dürfte die Selbstentladung um so größer -sein, je weiter die sogen. Oberflächenentwicklung getrieben ist, lehrt -doch die Erfahrung, daß für Großoberflächenplatten der Verlust durch -freiwillige Entladung in einer bestimmten Zeit bedeutend größer ist als -für sogen. Masseplatten[94]. In den ersten Tagen nach der Ladung ist -der prozentuale Verlust größer als später. - - Da die Selbstentladung mit einem Verbrauch von Schwefelsäure Verbunden - ist, so kann man sich mit Hilfe des Aräometers ein angenähertes Bild - von dem Zustande der Zelle verschaffen. - -Auf die Schlüsse, die sich aus der Selbstentladung für die Praxis -ergeben, wird später näher eingegangen (s. Kap. 7). Hier sei nur darauf -aufmerksam gemacht, daß man bei der Wahl des Systems in manchen Fällen -auf die Selbstentladung Rücksicht nehmen muß. Je größer die -Selbstentladung ist, um so größer ist die Gefahr, daß der Akkumulator -Schaden leidet, wie sich aus dem folgenden Abschnitte ergibt. - -~Sulfatierung.~ Läßt man einen Akkumulator in entladenem Zustande -längere Zeit stehen, so beobachtet man, daß sich auf der Oberfläche der -Platten weiße Flecke bilden, die im Laufe der Zeit an Größe zunehmen; -schließlich (nach mehreren Wochen) ist die ganze Oberfläche mit einer -weißen Schicht bedeckt. Wie die chemische Analyse zeigt, besteht die -Masse, die sich auf den Platten ansetzt, aus reinem Bleisulfat (daher -der Name Sulfatierung oder Sulfatisierung). Diese Sulfatschicht -unterscheidet sich von dem bei jeder Entladung entstehenden Bleisulfat -dadurch, daß sie aus größeren Krystallen besteht, während letzteres -einen mit Schwefelsäure überall durchtränkten Überzug bildet. Wir müssen -also schließen, daß die Sulfatierung auf eine ~physikalische~ -Veränderung des schwefelsauren Bleies zurückzuführen ist. ~Elbs~[95] -gibt folgende Erklärung: Die Löslichkeit des Bleisulfates in verdünnter -Schwefelsäure nimmt mit der Temperatur schnell zu. Nun unterliegt die -Temperatur des Raumes, in dem sich der Akkumulator befindet und daher -auch die Temperatur der Säure forwährenden Schwankungen. Steigt die -Temperatur (am Tage), so geht neues, an den Elektroden vorrätiges -Bleisulfat in Lösung, sinkt die Temperatur (abends, in der Nacht), so -scheidet sich ein Teil des gelösten Sulfates in kristallinischem -Zustande ab. Bei dem folgenden Temperaturanstieg geht wieder Sulfat in -Lösung. Da sich aber das strukturlose, bei der vorhergegangenen -Entladung entstandene Salz leichter löst, so nehmen die schon -vorhandenen Kristallnadeln nur wenig an Größe ab. Bei der nächsten -Abkühlung geht wieder Bleisulfat aus der Lösung heraus und setzt sich an -die vorhandenen Kristallnadeln an. So wachsen also die Kristalle im -Laufe der Zeit auf Kosten des bei der Entladung entstandenen Sulfates, -bis schließlich die ganze Oberfläche mit einer zusammenhängenden, für -Flüssigkeiten fast undurchdringlichen Kruste von kristallinischem -Bleisulfat bedeckt ist. - - Für die Richtigkeit dieser Erklärung dürfte der folgende vom Verfasser - angestellte Versuch sprechen: In verdünnte Schwefelsäure, in der sich - fein verteiltes Bleisulfat befand, wurde eine Bleiplatte eingetaucht. - Nach Verlauf von mehreren Wochen war die Bleiplatte zum Teil mit einer - ziemlich dicken, weißen Kruste bedeckt. Besonders stark hatte sich das - Bleisulfat an den Teilen der Platte angesetzt, die sich in der Nähe - der Oberfläche der Säure befanden. Dort nimmt die Säure am leichtesten - die Temperatur der Umgebung an (das Glasgefäß war luftdicht - abgeschlossen). - -Schließt man eine Zelle, in der stärkere Sulfatierung erfolgt ist, an -ein Voltmeter an, so findet man, daß ihre elektromotorische Kraft nahezu -Null ist. Die folgende Ladung ist mit erheblichen Schwierigkeiten -verbunden, weil der innere Widerstand der Zelle ein ungewöhnlich großer -ist. Die starke Zunahme des inneren Widerstandes ist darauf -zurückzuführen, daß die Sulfatschichten dem Strome das Eindringen in den -Elektrolyten erschweren[96]. Nimmt die Zelle Strom auf, so sinkt der -innere Widerstand einige Zeit nach Beginn der Ladung langsam. - -Die Erfahrung lehrt, daß bei einem Akkumulator mit sulfatierten Platten -die Ladung mit Ruhepausen von Vorteil ist; man lädt also kurze Zeit, -schaltet die Stromquelle ab, setzt nach einiger Zeit die Ladung fort -usw. Ferner soll sich die schädliche Sulfatschicht auf den Positiven -leichter entfernen lassen als auf den Negativen. - - Meines Erachtens ist die Erklärung für diese Erfahrungstatsachen - folgende: 1. Das kristallinische Bleisulfat löst sich nur sehr langsam - in der Säure; daher wird, auch wenn mit kleiner Stromdichte geladen - wird, bei Stromzufuhr mehr Bleisulfat herauselektrolysiert als sich - löst, so daß die Säure bald an Bleisulfat verarmt. Während der - Ruhepause sättigt sich die Säure mit Bleisulfat usw. 2. Die Dichte der - Säure unmittelbar an der Oberfläche der positiven Elektrode nimmt bei - der Ladung stärker zu als an der negativen Platte, da an ersterer nach - der Sulfattheorie Wasser verbraucht und Schwefelsäure gebildet wird. - Die Löslichkeit des Bleisulfates wächst mit der Säuredichte - schnell[97]. Man darf daher wohl den Schluß ziehen, daß das - kristallinische Bleisulfat der positiven Platten leichter und - schneller in Lösung geht, als dasjenige an der negativen Elektrode. - -Die Neigung zur Sulfatierung wächst mit der Säuredichte, weil die -Löslichkeit des Bleisulfates -- für das hier in Betracht kommende -Intervall -- mit dem Schwefelsäuregehalt steigt (s. Fußnote) und damit -die Geschwindigkeit einer Umkristallisierung. - -Auf den ersten Blick hat es den Anschein, als ob bei einer Zelle, die -ein Glied einer Akkumulatorenbatterie ist, Sulfatisierung ausgeschlossen -sei, wenn die Batterie nach Vorschrift geladen und entladen wird. Dies -ist aber keineswegs der Fall. Nehmen wir nämlich an, daß bei einer -Zelle, die wir mit Z bezeichnen wollen, eine leitende Verbindung -zwischen einer positiven und einer negativen Platte entstanden sei, etwa -durch herabgefallene aktive Masse. Es fließt dann fortwährend Strom von -der positiven Elektrode durch den Kurzschluß nach der negativen Platte, -so daß die Zelle viel früher entladen ist als die anderen Elemente. -Erfolgt die nächste Ladung, so fließt der Ladestrom in Z zum Teil durch -die Säure, zum größten Teil durch den metallischen Leiter in der Zelle, -und dieser letztere Teil kommt für die Elektrolyse nicht in Betracht. -Sind also die übrigen Zellen vollgeladen, so ist Z noch weit zurück. -Nach der Ladung entlädt sich die betreffende Zelle ziemlich schnell. Sie -befindet sich also fast immer im entladenen Zustande, wodurch die -Sulfatierung begünstigt wird. Denn je mehr fein verteiltes Sulfat -vorhanden ist, um so leichter kann sich kristallisiertes Sulfat bilden. - -Ferner kann Sulfatierung erfolgen, wenn die Kapazität eines Elementes -aus irgend einem Grunde kleiner ist als diejenige anderer, mit denen es -in Serie geschaltet ist, wenn z. B. ein altes Element mit einem neuen -zusammenarbeitet. Die betreffende Zelle wird dann bei jeder Entladung -der Batterie zu stark beansprucht; die Ladung wird erschwert, die -zwischen Ladung und Entladung liegende Zeit ist bei ihr größer als bei -den übrigen Zellen. - -Die Erfahrung lehrt, daß die Sulfatierung schneller erfolgt, wenn die -Entladung zu weit getrieben wird. Sie ist oft mit einer Krümmung der -Platten verbunden, durch die ein innerer Kurzschluß herbeigeführt werden -kann. - - [88] Die Absorption erfolgt an der Oberfläche der Säure, durch - Diffusion gelangt der absorbierte Sauerstoff in das Innere. - - [89] ~Dolezalek~ l. c. S. 75. - - [90] Verbindet man eine frisch geladene Bleischwammelektrode und ein - Kupferblech (beide in verdünnter Schwefelsäure) mit einem - empfindlichen Voltmeter, so findet man, daß die Spannung schnell auf - einige Millivolt fällt. - - [91] Elektrot. Ztschr. 1892 S. 12. - - [92] Die Säure muß, wenn dieses geschehen soll, eine so große Dichte - haben, daß die elektromotorische Kraft der vorhin erwähnten Kette - gleich der Überspannung für Blei ist, nämlich 0,64 Volt. - - [93] Nach ~Bein~ (Elemente und Akkumulatoren, Leipzig 1908, S. 184) - soll die Selbstentladung in Schwefelsäure von 1,8 Dichte nach 2 Tagen - bis zu 14% betragen. Unter normalen Verhältnissen dürfte jedoch der - Verlust durch Selbstentladung viel geringer sein. Auch ~Dolezalek~ - gibt kleinere Zahlen an. - - [94] Man vergl. die Untersuchungen von ~Albrecht~, E. T. Z. 1907, - Seite 539. - - [95] ~Elbs~, Die Akkumulatoren, 4. Aufl., S. 46. - - [96] Daß der Elektrolyt, wie vielfach behauptet wird, stark an Säure - verarmt, konnte der Verfasser nicht finden. - - [97] Aus dem vorhandenen Beobachtungsmaterial muß man schließen, daß - die Löslichkeit des Bleisulfates mit der Säuredichte zuerst abnimmt, - bei etwa 1,22 ein Minimum hat und dann stark steigt. - - - - -Sechstes Kapitel. - -Plattenkonstruktionen, Herstellung der Platten, Formation. - - -I. ~Plattenkonstruktionen~. ~Planté~, den wir bereits als den Erfinder -des Bleiakkumulators kennen lernten (s. S. 34), benutzte für seine -Untersuchungen glatte Bleiplatten; von diesen wurden zwei -aufeinandergelegt und durch Kautschukbänder voneinander getrennt; das -Ganze wurde zu einer Spirale aufgewickelt. Bei solchen glatten Platten -eine auch nur einigermaßen befriedigende Kapazität zu erhalten, war sehr -umständlich (s. Formation). - -Um die Kapazität zu erhöhen und die Formationszeit zu verringern, trug -~Faure~[98], dessen Deutsches Patent vom 8. Februar 1881 datiert ist, -auf glatte Bleiplatten einen aus Bleioxyden (Bleiglätte, Mennige) und -verdünnter Schwefelsäure hergestellten dicken Brei auf. Die Schicht -wurde durch einen Überzug aus poröser Masse (Filz oder dergl.) -festgehalten. - -Eine bedeutende Vereinfachung und Verbesserung des Faureschen Verfahrens -erzielte ~Volckmar~ -- Patent vom 9. Dez. 1881 -- dadurch, daß er als -Träger der aktiven Masse Bleiplatten benutzte, in denen sich zahlreiche -rechteckige oder sonstwie geformte Löcher befanden. Die Rippen -verjüngten sich nach außen. Die Füllmasse, die sogenannte Paste, wurde -als Brei in die Löcher eingetragen; sie bestand aus Bleipulver oder -Bleimehl, das mit verdünnter Schwefelsäure angerührt wurde. Volckmar ist -also der Erfinder der sogenannten ~Gitterplatten~, die man auch wohl -~gepastete~ oder ~pastierte~ Platten oder Masseplatten nennt. - -~De Kabath~ suchte bei möglichst kleinem Gewichte der Platten, ohne -Bleisalze zu verwenden, eine möglichst große Oberfläche zu erzielen. Er -stellte wellenförmige Bleistreifen von 1 cm Breite her, die in -Bleischeiden geschoben wurden. - -[Illustration: Fig. 14.] - -In der Folgezeit wurden zahlreiche Gitterkonstruktionen erfunden; nomen -eorum est legio. Die meisten waren aber Eintagsfliegen, sie konnten sich -im Betriebe nicht bewähren, vor allem weil dem Umstande nicht genügend -Rechnung getragen war, daß die kleinen Kuchen oder Pastillen beim Laden -und Entladen ihr Volumen ändern, so daß der Zusammenhang zwischen der -aktiven Masse und den Gitterstäben mangelhaft wurde oder die Pastillen -rissen und herausfielen. Um diese Übelstände zu beseitigen, konstruierte -~Correns~ (1888) eine Platte, die man als ~Doppelgitter~ bezeichnen -kann. Wie man sieht, haben die Stege _a b_ dreieckigen Querschnitt, und -es liegen je zwei, etwas gegeneinander versetzt, übereinander (siehe -Fig. 14). Die Pastillen sind in der Mitte infolgedessen etwas -eingeschnürt. Die zwischen je zwei Querbalken _c d_ liegenden Felder -stehen im Zusammenhang. Das ~Corrensgitter~ wird von den Akkumulatoren- -und Elektrizitätswerken vorm. W. A. ~Boese~ in Berlin hergestellt. Auf -die Entwicklung der Großoberflächenplatten werden wir noch zurückkommen. -Wir wenden uns jetzt zu den neueren Konstruktionen; es sollen aber nur -die bekanntesten deutschen Fabrikate berücksichtigt werden. Man kann die -Akkumulatorenplatten nach verschiedenen Gesichtspunkten einteilen. 1. -Mit Rücksicht auf die Verwendung, die der Akkumulator finden soll, kann -man unterscheiden zwischen Platten für stationäre und transportable -Elemente. Bei ersteren kommt es auf das Gewicht weniger an, verlangt -wird eine große Lebensdauer. Diese ist, wie wir noch sehen werden, bei -dicken Platten größer als bei dünnen. Auch die Beanspruchung im Betriebe -wird bei der Konstruktion bezw. bei der Wahl der Platten eine Rolle -spielen; für Pufferbetrieb wird man eine andere Platte wählen als für -Telephonbetrieb. - -2. Man kann ferner inbezug auf das Material unterscheiden zwischen -Platten aus reinem Blei oder einer Legierung von Blei und Antimon, die -man Hartblei nennt, und Platten aus Blei und Bleisalzen (Paste): -zwischen Großoberflächen- oder Planté-Platten und Masse- oder -Faure-Platten. Mit Rücksicht auf den Träger der wirksamen Masse[99] kann -man einteilen in ~Kernplatten~, d. h. Platten, die in der Mittelebene -einen zusammenhängenden Kern haben, auf dem sich die Rippen oder dergl. -erheben, in ~Einfachgitterplatten~ und ~Doppelgitter~. - -~Großoberflächenplatten.~ Die große Oberfläche erzielt man dadurch, daß -man die Platte mit zahlreichen Rippen, Zähnen, Leisten u. dergl. -versieht. Die von der Säure benetzte, daher der Stromwirkung zugängliche -Oberfläche nennt man die ~abgewickelte~ Oberfläche. - -Hat eine Platte von 1 dm Länge und 1 dm Breite, deren ~projizierte~ -Oberfläche also 1 dm² beträgt, eine abgewickelte Oberfläche von 4 dm², -so sagt man, daß die ~Oberflächenentwickelung~ eine vierfache sei. Die -Großoberflächenplatte wurde besonders von den Gebrüdern ~Tudor~ -(~Akkumulatorenfabrik Aktien-Gesellschaft~, ~Hagen~ i. W.) ausgebildet. - - Anfänglich wurden die Platten (positive), die auf beiden Seiten mit - relativ hohen, dünnen Rippen versehen waren, bis sie die volle - Kapazität erreicht hatten, nach Planté formiert (s. S. 127). Dieses - Verfahren war langwierig und sehr kostspielig. Daher wurden die - Platten später zuerst eine Zeitlang nach Planté formiert; dann wurden - die Zwischenräume zwischen den Rippen mit einem Brei aus Mennige und - Schwefelsäure ausgefüllt. Schließlich wurden die hergerichteten - Platten mehrmals geladen und entladen, wodurch die Mennige in - Bleisuperoxyd umgewandelt wurde. Die aufgetragene Masse diente - vorläufig als aktives Material. Je nach der Beanspruchung der Platte - inbezug auf Höhe des Lade- und Entladestromes, sowie der entnommenen - Elektrizitätsmenge (Kapazitätsbeanspruchung) wird ~jede künstlich auf - eine positive Bleiplatte aufgetragene Masse früher oder später weich~ - und fällt auf den Boden. Bei den ~Tudor~-Platten war nach 1 bis 2 - Jahren die aufgetragene Masse herausgespült. In dieser Zeit aber hatte - sich die Bleisuperoxydschicht um so viel weiter aus dem Bleikern - entwickelt, daß die Dicke derselben einschließlich der Reste der - aufgetragenen Masse, die fest mit der Schicht verwachsen waren, - nunmehr genügte, der Platte die von ihr verlangte Kapazität zu geben; - die Platte war dann eine reine ~Planté~-Platte. - - Da die Platte nach einiger Betriebsdauer als reine - Großoberflächenplatte arbeiten sollte, so mußte natürlich, damit die - Leistung pro Kilogramm aufzuwendenden Bleimaterials möglichst groß - wurde, die Zahl der auf der Flächeneinheit des Kerns stehenden Rippen - möglichst gesteigert und die Höhe der Rippen möglichst groß gewählt - werden, die Nuten wurden also eng und tief gemacht. Es zeigte sich - nun, daß dann die in die Rillen eingetragene Masse nicht mehr schnell - genug von der Säure durchdrungen wurde. Infolgedessen blieb von einer - gewissen Steigerung der Oberflächenentwickelung ab die gewünschte - Mehrleistung aus. Um diesen Übelstand zu beheben, suchte man das - Eintragen der aktiven Masse ganz zu vermeiden. Die Platte wird jetzt - unter Benutzung eines neuen Verfahrens in der Fabrik so weit formiert, - daß sie von vornherein die gewünschte Kapazität hat. Da keine Masse - eingetragen wird, so kann die Oberflächenentwickelung wesentlich - vergrößert werden. - -[Illustration: Fig. 15.] - -Fig. 15 zeigt den Querschnitt und die bildliche Darstellung der für -Beleuchtungsbatterien zur Verwendung kommenden positiven Platten der -~Akkumulatoren-Fabrik Aktien-Gesellschaft~. Die Platte wird ohne Kern -hergestellt. _a b_ sind die Längsrippen; sie werden durch Stege _c d_ -zusammengehalten. Die Oberflächenentwickelung ist eine achtfache. Die -Rippen sind vollständig frei, so daß die Säure gut zirkulieren kann. - - Eine zu weit getriebene Oberflächenentwickelung hat, wenn man den - Akkumulator, wie es beim Pufferbetrieb der Fall ist, mit relativ hoher - Stromdichte beansprucht, einen Nachteil, nämlich, daß der - Spannungsabfall in der Säure wächst. Es geht dies aus folgendem - Beispiele hervor. Von einer positiven Platte mit achtfacher - Oberflächenentwickelung denken wir uns ein Stück von 1 dm Länge und 1 - dm Breite als positive Platte in einem Akkumulator; die negative - Platte sei gerade so groß; der Abstand der Oberflächen der beiden - Platten werde der Einfachheit halber zu 1 cm angenommen; der - spezifische Widerstand der Säure sei ρ Ohm (bezogen auf 1 cm³). Der - Widerstand, den der Strom in der Säure zu überwinden hat, ist gleich - ρ[100]/100 Ohm. Die einer ~glatten~ Oberfläche von 1 dm² - entsprechende Stromstärke sei i, dann wäre also, wenn der Akkumulator - der Oberflächenentwickelung entsprechend ausgenutzt wird, die in - Rechnung zu setzende Stromstärke 8i und der durch den Widerstand in - der Säure bedingte Spannungsabfall E₁ = 8i.ρ/100 Volt. Bei einem - zweiten Akkumulator sei die Oberflächenentwickelung der positiven - Platte eine einfache (glatte Oberfläche ohne Rippen). Soll dieser - zweite Akkumulator dasselbe leisten wie der erste, so muß seine - positive Platte 8 mal größer sein; bei sonst gleichen Umständen - (gleiche Säuredichte, gleiche Größe der negativen Platte wie eben) - wäre dann der Widerstand in der Säure ¼.ρ/100 (nicht ρ/(8×100), da der - mittlere Säurequerschnitt 4 dm² ist) und der Spannungsverlust in der - Säure E₂ = 8i.¼.ρ/100 = ¼E₁. Wir gelangen also zu dem Resultate, daß - eine ~der Oberflächenentwickelung entsprechende Beanspruchung einen - größeren Spannungsabfall zur Folge~ hat. Dies ist besonders bei - Pufferbatterien zu berücksichtigen. - -Die genannte Firma verwendet für Pufferbatterien eine mit der in Fig. 15 -abgebildeten inbezug auf die Konstruktion übereinstimmende Platte, die -aber nur eine 6fache Oberflächenentwickelung hat. - -~Großoberflächenplatten~ sollen sich, wie von Fachleuten oft -behauptet wird, ~nicht als negative~ Platten eignen, da der Bleischwamm -keinen festen Halt habe, während das Bleisuperoxyd fest mit dem -Bleikern verwächst. In neuerer Zeit jedoch versucht man die -Großoberflächenplatten auch als negative Elektroden auszubilden. - -~Gitterplatten~ oder pastierte Platten werden als positive und negative -Elektroden benutzt. Die Gitter dienen hier dazu, die eingetragene Masse -(Füllmasse) festzuhalten und den Strom den einzelnen Teilen zuzuführen. -Sie müssen genügende mechanische Festigkeit haben. Die Stromverteilung -muß eine möglichst gleichmäßige sein, weil sonst eine ungleichmäßige, -den chemischen Umsatz begleitende Volumänderung erfolgt und eine -Deformation der Platte (Krümmung), sowie schlechter Kontakt zwischen -Träger und aktiver Masse eintreten kann. Je kürzer die Entladedauer, um -so enger sollte daß Gitter sein. - -Die Paste[101] wird hergestellt aus Mennige (Pb₃O₄, rot) oder Bleiglätte -(Bleioxyd, PbO, gelblichrot) oder aus einer Mischung der beiden Oxyde. -Für die Anode wird, um die Formation zu beschleunigen, Mennige, für die -Kathode Bleiglätte bevorzugt. Auch Bleimehl kann verwendet werden. - -Als Bindemittel verwendet man verdünnte Schwefelsäure, -Glyzerinschwefelsäure, d. h. eine Mischung aus Schwefelsäure und -Glyzerin, oder Magnesiumsulfatlösung und noch andere Flüssigkeiten. Die -Schwefelsäure soll frei sein von Arsenverbindungen, Chlor, Salpetersäure -und salpetriger Säure. Wie die Säure auf diese Verunreinigungen hin -untersucht wird, werden wir später sehen. Die Paste wird nach -sorgfältiger Reinigung der Träger (Gitter) mittels eines eichenen -Spatels eingetragen (Schmieren); die pastierten Platten werden in einem -mäßig warmen Raume getrocknet. Es verbindet sich die Schwefelsäure -während des Trocknens mit Bleiglätte allmählich zu Bleisulfat und die -Paste erhärtet infolge Verdunstung des Wassers, die Masse wird -porös[102]. Die Mennige verbindet sich langsamer mit der Schwefelsäure, -wahrscheinlich unter Bildung von Bleisulfat und Abscheidung von -Bleisuperoxyd nach der Gleichung: - - Pb₃O₄ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O + PbO₂. - -[Illustration: Fig. 16.] - -Der Bleischwamm der negativen Platten hat die Neigung, im Laufe der -Jahre zusammenzusintern, eine Erscheinung, die man als ~Schrumpfen~ oder -~Verbleiung~ bezeichnet. Die Masse verliert ihre lockere Struktur, und -die Folge ist, daß die Kapazität der negativen Platten allmählich -zurückgeht. Um diesem Übelstande zu steuern, mischt man der Masse -gewisse Stoffe bei, durch die das Zusammenbacken der Bleischwammteilchen -verhindert wird, wie Kaolin, Glaspulver usw. Wird soviel von diesem -indifferenten Material beigemischt, daß das Sintern dauernd unmöglich -ist, so macht sich ein anderer Übelstand bemerkbar; es tritt nämlich ein -so starkes Quellen ein, daß die Masse aus dem gewöhnlichen, alten Gitter -herauswächst und als unwirksam zu Boden fallen kann. Dieses kann nun -dadurch verhütet werden, daß man die Gitterplatte auf beiden Seiten mit -einer perforierten Scheibe aus Hartgummi oder dergl. bedeckt. Die -~Akkumul.-Fabrik, Akt.-Gesellsch.~ hüllt ihre aus einem weitmaschigen -Gitter bestehende negative Platte in ein mit zahlreichen kleinen Löchern -versehenes Bleiblech ein (s. Fig. 16). Das Gitter besteht aus zwei -Hälften; jedes wird auf ein perforiertes Blech aufgegossen. Die -Massepastillen werden besonders hergestellt und in die eine Gitterhälfte -eingelegt. Dann wird die andere Plattenhälfte aufgelegt, und die beiden -Hälften werden fest miteinander verbunden. Da die Pastillen also -gleichsam in kleinen Kästchen mit perforierter Grund- und Deckfläche -liegen, so wird die Platte als ~Kastenplatte~ bezeichnet. - -[Illustration: Fig. 17.] - -~Gottfried Hagen~ in Cöln-Kalk verwendet als Anoden und Kathoden -Gitterplatten. Dies hat, wie die Firma sagt, den Vorzug, daß die -Kapazität beider Plattenarten gänzlich unabhängig von der Sorgfalt bei -der Formation wird und stets die gleiche bleiben muß, da alle Platten -derselben Art und Größe stets die gleiche Menge wirksamer Bleisalze -enthalten. Die viereckigen Gitteröffnungen werden bei den für stationäre -Batterien bestimmten Platten um so enger gemacht, je kürzer die -Entladedauer oder je größer die Stromdichte bei der Entladung sein soll. -Für starke Beanspruchung wird das in Fig. 17 abgebildete Gitter -benutzt. Es gleicht in seinem Aussehen den Großoberflächenplatten; es -wird aus reinstem Weichblei hergestellt, während die Gitter mit großen -Öffnungen (Elektromobile), um genügende mechanische Festigkeit zu -erzielen, aus Hartblei (Blei und Antimon) gegossen werden. - -[Illustration: Fig. 18.] - -In neuerer Zeit hat die Firma die negativen Platten wesentlich geändert, -und zwar beziehen sich die Änderungen sowohl auf das Gitter wie auf die -Zusammensetzung der Masse. Die Beschaffenheit des neuen Gitters ist aus -den Figuren 18 und 19 zu ersehen; die letztere zeigt einen Ausschnitt in -größerem Maßstabe. Es sind, wie man sieht, außer den nach außen spitz -zulaufenden Längsrippen flache, die mechanische Festigkeit erhöhende -Bänder vorhanden. Durch die Mitte der Platte (s. Fig. 18) läuft eine -starke Leiste, so daß die ganze Platte aus zwei Rahmen besteht. - -[Illustration: Fig. 19.] - -Für transportable Akkumulatoren verwenden die ~Akkumulatoren- und -Elektrizitätswerke Akt.-Ges. vormals W. A. Boese & Co.~ sogenannte -~Masseplatten~. Diese bestehen aus einem Hartbleirahmen mit einer -geringen Anzahl großer Felder (siehe Fig. 20); das Trägergewicht ist -also auf ein Minimum reduziert. Die die Felder ausfüllende Masse ist -zementartig erhärtet; in jedem Felde befinden sich mehrere kleinere und -ein größeres Loch, um den Zutritt der Säure zu den einzelnen Teilen und -die Zirkulation zwischen den Platten zu ermöglichen. Besonders bei -Entladungen mit längeren Ruhepausen, z. B. bei Telephonbetrieb, erzielt -man günstige Leistungen, zumal die Selbstentladung bei solchen Platten -eine verhältnismäßig geringe ist[103]. Für Akkumulatoren mit kürzerer -Lade- und Entladezeit sind solche Masseplatten nicht geeignet. - -[Illustration: Fig. 20.] - -~Formation~. Das Verfahren, durch welches auf den Platten eine genügend -dicke Schicht von Bleischwamm bezw. von Bleisuperoxyd gebildet wird, -nennt man Formation oder Formierung. - -Da bei der Formation Schwefelsäure nicht verbraucht wird, es sei denn, -daß man zuerst Blei oder die Bleisalze in Bleisulfat verwandeln will, so -kann man saure, alkalische und neutrale Lösungen verwenden. Entweder -wird die ganze Formation in ~einer~ Lösung ausgeführt, oder man -behandelt die Platten nacheinander in zwei verschiedenen Lösungen, z. B. -zuerst in alkalischer und dann in saurer Lösung. Ferner können Anode und -Kathode ~gleichzeitig~ in demselben Bade formiert werden, oder es findet -eine ~getrennte Formation~ statt. Jede dieser Methoden hat ihre Vor- und -Nachteile, auf die aber hier nicht eingegangen werden soll. - -a) ~Reine Planté-Formation~. Wenn man als Elektroden reine Bleiplatten -benutzt und die Zelle lädt, so erfolgt schon nach kurzer Zeit -Gasentwicklung. Sobald sich nämlich die positive Platte mit einer sehr -dünnen Schicht von Bleisuperoxyd bedeckt hat, hört die Einwirkung des -Stromes auf, da das metallisch leitende Superoxyd den darunter liegenden -Bleikern vor dem weiteren Angriff des Stromes schützt. Um nun die -Kapazität der Elektroden zu vergrößern, lockerte ~Planté~ die Platten an -der Oberfläche auf, so daß auch unmittelbar unter der Oberfläche -liegende Schichten der Stromwirkung zugänglich wurden. Das angewandte -Formierungsverfahren war folgendes: Das Element wurde kurze Zeit -geladen, dann nach einer Ruhepause entladen, hierauf wieder geladen u. -s. f. Bei den verschiedenen Ladungen, deren Dauer wegen der wachsenden -Kapazität allmählich größer wurde, schickte er den Strom bald in der -einen, bald in der anderen Richtung durch die Zelle, da nur diejenige -Elektrode angegriffen und aufgelockert wird, die bei der Ladung Anode -ist. - -Inwiefern die Ruhepause von Vorteil ist, zeigten später ~Gladstone~ und -~Tribe~. Die Superoxydteilchen bilden mit Bleiteilchen und Säure kleine, -kurzgeschlossene Elemente (siehe Selbstentladung). Diese entladen sich -während der Ruhepause; hierbei werden Blei und Bleisuperoxyd in -Bleisulfat umgewandelt. Bei der nächsten Ladung kann daher eine größere -Menge Bleisulfat in Bleisuperoxyd (bezw. in Bleischwamm, wenn die -Stromrichtung geändert wird) verwandelt werden. - -Die reine Planté-Formation ist umständlich und dauert Wochen, ja Monate -lang; sie ist wegen des großen Stromverbrauchs auch teuer. - -b) ~Beschleunigte Formation der positiven Planté-Platten~. Schon -~Planté~ fand, daß die Formation schneller vor sich geht, wenn man die -Platten zuerst in mäßig konzentrierte Salpetersäure eintaucht und dann -formiert; durch die Salpetersäure wird die Platte rein chemisch -aufgelockert. Die so erhaltene Superoxydschicht fällt aber leicht ab, -sie ist nicht so innig mit dem Bleikern verwachsen wie die bei der rein -elektrochemischen Formierung entstandene. Auch ist die Gefahr vorhanden, -daß Spuren von Salpetersäure trotz sorgfältigen Abspülens der Platte -zurückbleiben. Die Elektrode formiert sich dann im Betriebe immer -weiter, so daß das Bleigitter oder der Bleikern nach verhältnismäßig -kurzer Zeit zerstört wird. - -Später sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, um beschleunigte -Formation besonders bei den positiven Großoberflächenplatten zu -erzielen. Sie bestehen fast alle darin, daß auf rein chemischem Wege -Bleiverbindungen gebildet werden, die auf elektrochemischem Wege in -Bleisuperoxyd umgewandelt werden. Wird die lösend wirkende Substanz dem -Elektrolyten zugesetzt, so spielen sich beide Vorgänge gleichzeitig ab. -~Epstein~ behandelt die Bleiplatten in heißer verdünnter Salpetersäure -elektrochemisch (s. oben). Eine Platte wird dann zwischen zwei -Bleibleche gehängt, die leitend miteinander verbunden sind; der -elektrolysierende Strom tritt an der zu formierenden Platte ein. - -Nach P. ~Schoop~ (l. c. I S. 106) erreicht man am sichersten eine -tiefgehende Auflockerung des Bleies bei Verwendung einer Lösung von -Natriumbisulfat und Kaliumchlorat. In den Elektrolyten werden drei -Bleiplatten aufgehängt, die Außenplatten werden miteinander verbunden -usw. (s. oben). Auf der Mittelplatte (Anode) bildet sich eine braune -Substanz, die aber kein Bleisuperoxyd ist. Das Chlor wird aus der Platte -entfernt, wenn die Substanz zu Bleischwamm reduziert wird. Dies -geschieht elektrochemisch in stark verdünnter Schwefelsäure. Die Platten -werden sorgfältig mit destilliertem Wasser ausgewaschen, um alles -Chlor[104] (Salzsäure) zu entfernen, dann getrocknet und erhitzt. Es -bildet sich ein gleichmäßiger und festhaftender Überzug von Bleioxyd; -dieses wird durch elektrochemische Formation in verdünnter Schwefelsäure -in Superoxyd umgewandelt. - -c) ~Formation der pastierten Platten~. α) Negative Platten. Die -Füllmasse besteht aus basischem, sowie aus neutralem Bleisulfat und aus -nicht zersetztem Bleioxyd. Da sie ziemlich grobkörnig ist und nur zum -Teil aus Bleisulfat besteht, so geht dieses nur langsam in Lösung. -Infolgedessen wird, wenn man nicht mit sehr geringer Stromdichte -arbeitet, der Elektrolyt an Bleisalz oder an Bleiionen bald verarmen. -Nimmt aber die Konzentration dieser Ionen in der Nähe der Platte ab, so -steigt die Spannung an der Kathode und erreicht bald die für die -Wasserstoffabscheidung nötige Höhe. Um die unnütze und auch schädliche -Wasserstoffentwickelung zu verhüten, muß man dafür sorgen, daß die -Konzentration der Wasserstoffionen eine möglichst kleine oder diejenige -der Bleiionen eine möglichst große ist. Da neutrale Salze bei der -elektrolytischen Dissoziation keine Wasserstoffionen liefern, so sind -neutrale Lösungen für die Formation der negativen Platten vorzuziehen; -besonders eignen sich Magnesium- und Aluminiumsulfat (von ~Fitz-Gerald~ -zuerst ausgeführt, von P. ~Schoop~ wieder aufgenommen). Hierbei bildet -sich an der negativen Platte gallertartiges Magnesium- bezw. -Aluminiumhydroxyd, das aber durch Säure, die bei der Formation (aus der -Paste) frei wird, neutralisiert wird. Eine Verarmung des Elektrolyten an -Bleiionen -- das zweite Mittel, die Wasserstoffentwickelung -zurückzudrängen -- kann man dadurch erreichen, daß man die Löslichkeit -des Bleisulfates steigert, z. B. durch Erwärmung des Elektrolyten[105], -oder eine Substanz zusetzt (z. B. Natriumacetat), die mit Blei ein -lösliches Salz bildet (Bleiacetat). Von dieser Methode hat man in der -Praxis keine Anwendung gemacht, da selbst sehr geringe zurückbleibende -Mengen des Zusatzes dem Akkumulator sehr schädlich sind. - -Erfolgt die Formation in verdünnter Schwefelsäure zwischen zwei mit -einander verbundenen Bleiblechen (Anoden), so dauert sie mehrere Tage. - -β) Positive Platten. Die Füllmasse besteht aus Bleisulfat, Bleisuperoxyd -(s. S. 123) und Bleiglätte bezw. Mennige. Die Abscheidung der -Bleisuperoxydionen, deren Existenz wir annehmen wollen (s. S. 55), muß -durch Steigerung der Konzentration dieser Ionen gefördert werden (die -Sauerstoffentwickelung also verringert werden). Nun ist die -Konzentration dieser Ionen umgekehrt proportional der vierten Potenz der -Wasserstoffionen; mithin muß letztere Konzentration auf einer möglichst -geringen Höhe gehalten werden. In neutraler Lösung erfolgt also die -Formation schneller als in saurer[106]. Man verwendet Aluminium- und -Magnesiumsulfat. Während der Formation bildet sich Schwefelsäure, durch -deren Dissoziation Wasserstoffionen entstehen; die Säure muß -neutralisiert werden; man erreicht dies durch aufgeschwemmtes Magnesium- -oder Aluminiumhydroxyd. - - [98] Über die verschiedenen Patentansprüche und die historische - Entwickelung des Akkumulators siehe ~Hoppe~, Akkumulatoren für - Elektrizität, 5. Auflage, ferner P. ~Schoop~, Die Sekundär-Elemente. - - [99] Bei Großoberflächenplatten ist das mit dem Bleikern verwachsene - Bleisuperoxyd, bei Gitterplatten die ganze eingetragene Masse gemeint. - - [100] In Wirklichkeit ist er etwas größer, da ein Teil des Stromes in - die Säure innerhalb der Rippen eindringt. - - [101] Näheres über die Fabrikation findet man in: F. ~Grünwald~, Die - Herstellung der Akkumulatoren, 3. Aufl., 1903. W. Knapp. - - [102] M. U. ~Schoop~ berechnet in der früher erwähnten Schrift die - Porosität einer formierten, gut geladenen Bleisuperoxydplatte - (Gitterplatte) zu angenähert 43%, d. h. beträgt der für die Füllmasse - zur Verfügung stehende Raum 100 cm³, so sind 43 cm³ mit Säure - angefüllt. Für die Bleischwammplatte ergab sich eine noch größere - Porosität. - - [103] Näheres siehe E. T. Z. 1907, S. 539. - - [104] Für Chlor gilt ähnliches wie für Salpetersäure (s. S. 128). - - [105] Nicht zu empfehlen, da bei Erwärmung die wirksame Masse zu - locker wird. - - [106] Eine saure Lösung ist eine solche, in der sich Wasserstoffionen - befinden; je größer die Konzentration der H·, um so größer ist die - Acidität. - - - - -Siebentes Kapitel. - -Aufstellung der Batterie, Einbau der Platten, Vorschriften über die -Behandlung, Lebensdauer. - - -~Aufstellung.~ Der ~Raum~, in dem die Akkumulatorenbatterie -untergebracht wird, soll kühl, trocken und vor allem gut ventilierbar -sein, damit die Säure nicht zu stark verdunstet, die Außenwände der -Zellen trocken gehalten werden können (Isolation) und die bei der Ladung -sich bildenden Gase schnell entweichen. Während der Ladung dürfen -brennende oder glühende Körper in dem Akkumulatorenraume nicht geduldet -werden, da die Möglichkeit nicht ausgeschlossen ist, daß sich bei -schlechter Ventilation eventuell vorhandenes Knallgas entzündet. Zur -Beleuchtung dürfen nur elektrische Lampen verwendet werden, die im -luftleeren Raume brennen. - -Der Fußboden soll fest und solide sein, natürlich muß er auch säurefest -sein. Allen Anforderungen dürfte ein Asphaltboden auf Untergrund aus -Zementbeton genügen[107]. - -Die Elemente müssen so aufgestellt werden, daß man zu jeder Zelle freien -Zutritt hat zwecks einer Besichtigung, Messung der Säuredichte oder -sonstiger vorzunehmender Arbeiten, z. B. Auswechselung defekt gewordener -Platten. Daher sollten bei kleineren Zellen nicht mehr als zwei Reihen -neben- und übereinander auf demselben Gestelle stehen; größere Zellen -müssen auf dem Boden nebeneinander aufgestellt werden. Nach den -Vorschriften des Verbandes Deutscher Elektrotechniker müssen die Zellen -von Batterien für hohe Spannungen so angeordnet sein, daß bei der -Bedienung eine zufällige gleichzeitige Berührung von 2 Punkten, zwischen -denen eine Potentialdifferenz von mehr als 250 Volt herrscht, nicht -stattfinden kann. Bei Batterien in Anlagen mit mehr als 250 Volt -Gebrauchsspannung zwischen 2 Leitern oder mehr als 2 × 250 Volt in -Dreileiteranlagen sind nach den Vorschriften des V. D. E. -Lattenlaufböden erforderlich. (Isolation gegen Erde.) - -Die ~Gestelle~ werden aus sorgfältig geteerten oder mit Paraffinöl -durchtränkten Balken hergestellt. Der Gebrauch von Nägeln, Schrauben, -Bandagen aus Eisen ist zu verwerfen, da diese durch die Säure -angegriffen werden; die Verbindung der einzelnen Teile des Gestelles muß -daher durch Holzpflöcke geschehen. - -Große Sorgfalt ist auf die ~Isolation~ zu verwenden, da die Außenseiten -der Elemente auch bei guter Bedienung nicht ganz trocken bleiben. Die -einzelnen Zellen sind gegeneinander und gegen das Gestell und dieses -gegen die Erde durch nichthygroskopische Unterlagen zu isolieren. Bei -größerer Batteriespannung kann man Ölisolatoren verwenden, deren oberer -Teil größer ist als der untere, so daß etwa herabfließende Säure über -den oberen (überhängenden) Teil hinwegtropft, der untere Teil des -Isolators also trocken bleibt. - -Die im Akkumulatorenraume verlegten Drähte müssen mit säurefester Farbe -angestrichen werden. -- - -Als ~Zellen~ benutzt man Gefäße aus Glas, Zelluloid, Hartgummi und Holz. -Glas isoliert gut, ist billig und ermöglicht eine genaue Besichtigung -des Inneren des Elementes. Für transportable Akkumulatoren verwendet man -Hartgummi oder Zelluloid und versieht die Zellen mit einem Deckel; noch -vorhandene Fugen werden mit einem säurefesten und elastischen Kitt -verstrichen. Zelluloid soll bei Akkumulatorenbatterien für mehr als 16 -Volt Spannung als Material für Gefäße nicht verwendet werden. - - Zelluloid ist zwar leicht entzündbar, da aber die Wände von innen - durch die Säure gekühlt werden, so wird es nicht leicht vorkommen, daß - das Zelluloid bis zur Entzündungstemperatur erhitzt wird. Es hat die - Vorzüge, daß es gegen Stöße unempfindlich ist, leicht verarbeitet - werden kann und durchsichtig ist; ferner können Gefäße aus diesem - Stoffe repariert werden. - -Für große Elemente benutzt man Holzkasten, die mit Bleiblech im Innern -verkleidet werden. Natürlich dürfen die Platten diese Verkleidung nicht -berühren. - -[Illustration: Fig. 21.] - -~Einbau~. Die Platten werden bei stationären Elementen meistens mittels -zweier Fahnen oder Nasen auf dem oberen Rande des Gefäßes aufgehängt (s. -Fig. 21), damit sie sich frei ausdehnen können. Die Oberflächen der -einzelnen Platten müssen genau parallel laufen, und der Abstand zwischen -zwei benachbarten Platten soll in der ganzen Zelle derselbe sein. Hängt -nämlich eine Platte schief, so werden die Stellen, die den kleinsten -Abstand haben, am stärksten beansprucht, so daß Krümmungen eintreten -können; diese können wiederum Abbröckeln der aktiven Masse und -Kurzschluß herbeiführen. Hat ferner eine positive Platte von den beiden -benachbarten Elektroden ungleichen Abstand, so werden ihre beiden Seiten -nicht gleichmäßig ausgenutzt, ebenso nicht die der betreffenden -positiven Platte zugewendeten Seiten der negativen Elektroden. -Parallelität und gleiche Abstände erreicht man am einfachsten dadurch, -daß man zwischen je zwei Platten eine genügende Anzahl von Glasstäben -schiebt, die alle denselben Durchmesser haben, und durch elastische -Bleistreifen oder Gummipuffer einen seitlichen Druck gegen die Platten -ausüben läßt (s. Fig. 21). - -Zwischen der unteren Plattenkante und dem Boden des Gefäßes muß sich ein -größerer Zwischenraum befinden, in dem sich herabfallende aktive Masse -sammeln kann (Vermeidung eines inneren Kurzschlusses). - -[Illustration: Fig. 22.] - -In Fig. 22 ist schematisch dargestellt (für 2 Elemente), wie die Platten -angeordnet und mit einander verbunden werden. Warum die erste und letzte -Platte einer jeden Zelle negativ sind, wurde früher dargelegt (s. S. -62). Man sieht, daß die positiven Fahnen der ersten Zelle mit den -negativen Fahnen der zweiten durch eine Bleileiste verbunden sind. -- -Bei kleinen Elementen, die nur aus einer positiven und zwei negativen -Platten bestehen, verbindet man die beiden letzteren wohl auch durch -einen Steg. - -Der Abstand der Platten richtet sich nach deren Größe; einerseits darf -er nicht zu groß sein, damit der innere Widerstand der Zelle nicht -unnötig groß wird, anderseits darf er nicht so klein sein, daß eine -Besichtigung der Platten erschwert oder unmöglich wird; auch kann sich -bei geringen Abständen leicht Kurzschluß bilden. Bei kleinen Platten -(bis etwa 3 qdm einseitiger Oberfläche) beträgt der Abstand in der Regel -8 bis 10 mm, bei mittelgroßen (bis 6 qdm) 10 bis 12 mm und bei großen 12 -bis 15 mm. Bei kleinen transportablen Akkumulatoren sollte der Abstand -der Platten reichlich groß gewählt werden, damit Kurzschluß durch -herausfallende Masse möglichst vermieden und eine genaue Besichtigung -des Innern der Zelle leicht ausführbar ist. - -[Illustration: Fig. 23.] - -Seit einigen Jahren ist man dazu übergegangen zwischen die einzelnen -Platten ~Holzbrettchen~ oder dergl. zu schieben. Wir haben bereits -gesehen, daß man der aktiven Masse der negativen Platten indifferente -Substanzen zusetzt, um die Verbleiung zu verhindern. Die aktive Masse -quillt dann leicht aus dem Gitter, sie kann herausfallen und Kurzschluß -bewirken. Um diesem Übelstande zu steuern, bedeckt die Firma ~Gottfried -Hagen~ in Cöln-Kalk die negative Elektrode mit einer gelochten -Hartgummiplatte, die durch die Glasröhren gegen das Gitter gepreßt wird. -Die Perforierung ist eine so feine, daß jedes Durchtreten von Partikeln, -die sich loslösen, durch die Öffnungen ausgeschlossen ist und die Säure -dennoch leicht zirkulieren kann. Werden Holzkasten für die Zellen -verwendet, bei denen Glasröhren keinen Zweck haben, da man ohnehin nicht -das Zelleninnere besichtigen kann, so werden Hartgummiplatten verwendet, -die auf der einen Seite mit Rippen versehen sind (s. Fig. 23); diese -vertreten die Stelle der Glasröhren. - -[Illustration: Fig. 24.] - -Nach den Montagevorschriften der ~Akkumulatoren-Fabrik -Aktien-Gesellschaft~ werden zwischen die einzelnen Platten Holzbrettchen -geschoben, die etwas größer sind als die Platten. Die Brettchen werden -in die Schlitze von Holzstäben geschoben (siehe Fig. 24). Diese sind -etwas dünner als die Plattenzwischenräume und sitzen anfangs etwas lose. -Da die Stäbe in der Säure quellen, so sitzen sie bald fest. Auf diese -Weise wird erreicht, daß zwischen Platten und Brettchen ein enger -Zwischenraum ist und die aktive Masse mit einer genügend großen Menge -von Säure in Berührung ist. Die Brettchen erfahren eine besondere -Vorbehandlung in der Fabrik, und es sollen (infolgedessen?) aus dem Holz -Stoffe in Lösung treten, die ein Sulfatieren der Platten fast unmöglich -machen, so daß die Kapazität lange bleibt. Die Wirksamkeit der Brettchen -soll, da die betreffenden Stoffe sich nur langsam ausscheiden, für -lange Jahre vorhalten. Außerdem dienen die Brettchen auch als Mittel zur -Verhinderung von Kurzschluß. - -Es empfiehlt sich, die Zellen mit Glasplatten zu bedecken, weil dann -Säurepartikelchen, die beim „Kochen‟ durch die Gase mitgerissen werden, -zurückgehalten werden und verhindert wird, daß von der Decke -abbröckelnder Kalk oder dgl. in die Säure fällt. - -Für die Elemente der ~Automobilbatterien~ werden Hartgummikasten -verwendet. Die Platten werden auch mit Zwischenlagen aus perforiertem -Hartgummiblech oder aus Holzbrettchen eingebaut. Die einzelnen Elemente -werden so miteinander verbunden, daß schadhafte Zellen leicht -ausgewechselt werden können; man benutzt biegsame Verbindungen aus -Bleistreifen oder verbleiten Kupferstreifen, die beiderseits durch -Schrauben befestigt werden. - -~Säure~. An die ~Reinheit~ der Schwefelsäure und des zum Nachfüllen zu -benutzenden Wassers sind, wie sich aus früheren Betrachtungen (s. S. 107 -und S. 110) ergeben dürfte, die ~höchsten Anforderungen zu stellen~. Sie -müssen vor allem frei sein von metallischen Verunreinigungen. Fremde -Metalle (s. Selbstentladung) bewirken das sogen. Nachgasen. Man prüft -die Säure auf die Anwesenheit schädlicher Metalle dadurch, daß man -mittels eines sauberen Holzspans ein Stückchen Zink in eine Probe -bringt, die sich in einem Reagenzglas befindet. Sind schädliche Metalle -in der Säure, so bilden sich Lokalelemente, und es wird elektrolytisch -Wasserstoff abgeschieden, man sieht beständig feine Gasbläschen -emporsteigen. Der Versuch, der etwa ½ Stunde dauern sollte, wird 3mal -wiederholt; bleibt ~einmal~ die stetige Bläschenbildung aus, so ist die -Säure frei von schädlichen Metallen. - -Der Elektrolyt muß ferner frei sein von Chlor, Salpetersäure und -salpetriger Säure, Arsenverbindungen und Essigsäure. Auch ganz minimale -Mengen dieser Substanzen sind dem Akkumulator sehr schädlich; sie wirken -nämlich zerstörend auf den Bleikern, indem sie Blei lösen. Die -Bleiverbindung wird durch den Strom zersetzt und die Verunreinigung wird -wieder frei usw. (s. Formation). - - ~Untersuchung auf Salpetersäure~: Man löst etwas Brucin in - konzentrierter Schwefelsäure und setzt der Schwefelsäureprobe einige - Tropfen der Lösung zu. Bei Gegenwart auch der geringsten Menge - Salpetersäure erfolgt Rotfärbung. - - Stickstoffverbindungen können auch in der Weise nachgewiesen werden, - daß man in Wasser eine gleiche Menge konzentrierter Schwefelsäure - eintropfen läßt und der heißen Lösung etwas Indigolösung zusetzt. Wird - die Flüssigkeit entfärbt, so ist die Säure nicht brauchbar. - - ~Die Untersuchung auf Chlor~ ist mit besonderer Sorgfalt auszuführen. - 5 cm³ (ca. 9 Gramm) Säure werden mit 50 cm³ destilliertem Wasser - gemischt[108]; nach 5-6 Stunden setzt man etwas Salpetersäure und - 20prozentige Silbernitratlösung (Höllensteinlösung) zu. Nach - einstündigem Stehen darf die Flüssigkeit keine weiße Färbung, - höchstens ganz schwaches Opalisieren zeigen. (Es bildet sich bei - Gegenwart von Chlorverbindungen unlösliches, weißes Chlorsilber.) - - ~Arsenverbindungen~ werden durch eingeleiteten Schwefelwasserstoff in - braunes, unlösliches Schwefelarsen umgewandelt. - -Zum Füllen der Elemente benutzt man verdünnte Schwefelsäure vom -spezifischen Gewichte 1,15 bis 1,17; sind die Positiven -Großoberflächenplatten, so kann die Säure etwas stärker sein. Die Dichte -der Säure wird bei den ersten Ladungen etwas größer, da die Paste noch -weiter formiert wird und hierbei Schwefelsäure frei wird. -- Da bei der -Vermischung von Schwefelsäure und Wasser eine starke Wärmeentwickelung -erfolgt und explosionsartige Erscheinungen auftreten, wenn man Wasser -in Schwefelsäure gießt, so muß man die Schwefelsäure in dünnem Strahle -unter Umrühren dem Wasser zusetzen. Mittels des Aräometers konstatiert -man, ob die Mischung das gewünschte spezifische Gewicht hat. Erst nach -dem Erkalten darf die Säure in die Akkumulatorengefäße gegossen werden. -Muß man einen Trichter benutzen, so verwende man einen solchen aus Glas -oder Porzellan. - -Da die Untersuchung der Schwefelsäure und die Herstellung der Mischung -umständlich ist, so empfiehlt es sich, die Säure durch die -Akkumulatorenfabrik oder durch Handlungen zu beziehen, die von der -Akkumulatorenfabrik empfohlen werden. - -Die Säure soll die oberen Kanten der Platten mindestens 1 cm überragen; -vor allem darf es nicht vorkommen, daß der obere Teil der Platten aus -der Säure herausragt. Im Laufe der Zeit ändert sich die Menge und die -Dichte der Säure, da Wasser verdampft, kleine Säureteilchen von den bei -der Ladung sich bildenden Gasblasen mitgerissen werden und die Kapazität -der Platten zu- bezw. abnehmen kann; wächst diese im Laufe der Zeit, so -wird bei der Entladung mehr Säure verbraucht und die Schwankungen der -Säuredichte werden größer. Meistens genügt es, durch Zusatz von -destilliertem Wasser[109] die Säure auf die richtige Höhe zu bringen; -von Zeit zu Zeit jedoch muß man die Säuredichte der einzelnen Zellen -sowohl im vollständig geladenen wie im vollständig entladenen Zustande -messen und eventuell Akkumulatorensäure hinzufügen (nie konzentrierte -Säure, da diese die Platten angreift). Man setzt am besten die Säure vor -Beginn der Ladung zu, indem die Gasblasen eine Vermischung bewirken. Im -entladenen Zustande beträgt die Säuredichte meist 1,15, im geladenen -Zustande kann sie bis 1,20 betragen. Eine zu niedrige Säuredichte -schadet übrigens dem Akkumulator nicht, wohl aber eine zu hohe -(Begünstigung der Sulfatierung, Verringerung der Lebensdauer). Säure, -die beim Nachfüllen verschüttet wird, ist sofort abzuwaschen, damit die -Isolatoren trocken bleiben. - -Die Säuredichte mißt man mittels eines ~Aräometers~, dessen Körper so -flach ist, daß man es in den engen Zwischenraum zwischen den Platten -einführen kann. Sind die Zellen mit einem Deckel versehen, so benutzt -man ein ~Aräometer~ mit ~Saugheber~ und Gummiball. Bei genauen -Untersuchungen ist zu beachten, daß die Säure in der Nähe des -Gefäßbodens etwas konzentrierter ist. Durch Einblasen von Luft kann man -eine Vermischung herbeiführen. - -In der folgenden Tabelle ist das spezifische Gewicht, das -Mischungsverhältnis und der Widerstand von 1 cm³ verdünnter -Schwefelsäure angegeben. - - - Spezifisches | Gewichts- | Grade | Widerstand eines - Gewicht bei | prozente | Baumé | Kubikcent. - 15° | H₂SO₄ | | (angenähert) - =============+===========+=======+================== - 1,10 | 14,35 | 13,0 | 2,2 Ohm - 1,12 | 17,01 | 15,4 | 1,8 „ - 1,14 | 19,61 | 17,7 | 1,6 „ - 1,16 | 22,20 | 19,8 | 1,5 „ - 1,18 | 24,76 | 22,0 | 1,45 „ - 1,20 | 27,32 | 24,0 | 1,4 „ - 1,22 | 29,84 | 26,0 | 1,38 „ - 1,224 | 30,50 | 26,6 | 1,36 „ (Minimum) - -Zuweilen verwendet man für die Füllung transportabler Akkumulatoren -~gelatinöse Schwefelsäure~, die aus Schwefelsäure, Wasserglas und -Asbest hergestellt wird. Die ~Trockenfüllung~ leidet an den Nachteilen, -daß der innere Widerstand des Elementes stark erhöht und die Kapazität -wesentlich verringert wird. Die Füllung muß mit einer Schicht flüssiger -Säure von etwa 5 mm Dicke bedeckt sein, ev. ist destilliertes Wasser -oder stark verdünnte Säure zuzusetzen. - -Für Automobilbatterien verwendet man, da man die Säuremenge, um das -Gewicht zu verringern, möglichst klein macht, Säure von etwas höherer -Konzentration als bei Zellen für stationäre Anlagen; im geladenen -Zustande darf die Säuredichte den Wert 1,25 erreichen. - -Muß eine Zelle ~geleert werden~, so zieht man die Säure mittels eines -Hebers ab; die Platten werden in destilliertem Wasser aufbewahrt. Die -betreffende Zelle muß, nachdem sie neu montiert ist, stark überladen -werden. Zu dem Zwecke schaltet man sie während der Ladung der Batterie -mit den anderen Zellen in Reihe, man verbindet sie also mit den beiden -benachbarten Zellen. Nach Beendigung der Ladung wird eine der beiden -Verbindungen beseitigt und der positive Pol des einen Nachbars mit dem -negativen Pole des anderen verbunden (~Überbrückung~). Unsere Zelle ist -also während der Entladung der Batterie ausgeschaltet. Bei der folgenden -Ladung wird sie wieder mitgeladen usw. - -~Die Vorschriften für die Ladung und Entladung~ weichen in einzelnen -Punkten bei den verschiedenen Firmen voneinander ab, was ja schon durch -den Umstand erklärt werden kann, daß die Fabrikate verschieden sind. Die -folgenden Vorschriften dürften aber allgemein gültig sein. - -Die ~erste Ladung~ (nach der Montage) soll, wenn eben möglich, ohne -Unterbrechung so lange fortgesetzt werden, bis bei allen Zellen an -beiden Elektroden reichlich Gas entwickelt wird. Ihre Dauer ist eine -große (24-48 Stunden), da die aktive Masse, besonders bei den negativen -Platten, an der Luft (während des Transportes, der Montage) verändert -wird, so daß eine nachträgliche Formierung erfolgen muß. Am längsten -dauert natürlich die erste Ladung, wenn die negativen Platten unformiert -versandt wurden. - -Die späteren Ladungen sollen, wenn möglich sofort, spätestens aber 24 -Stunden nach Beendigung der Entladung erfolgen (s. Sulfatierung). Falls -die ~Batterie stark erschöpft~ ist, was bei Betriebsstörungen, z. B. bei -einer Reparatur der Dynamo, vorkommen kann, so muß ~sofort~ gründlich -aufgeladen werden. Zu beachten ist, daß man den positiven Pol der -Batterie mit dem positiven Pole der Stromquelle verbinden muß (ev. -Polreagenzpapier benutzen). Der maximale Ladestrom (gewöhnlich gleich -der maximalen Entladestromstärke) darf nicht überschritten werden. Man -lädt so lange, bis bei sämtlichen Elementen der Batterie an beiden -Elektroden lebhafte Gasentwicklung erfolgt. Der Wärter hat die Pflicht, -bei jeder Ladung nachzusehen, ob alle Zellen gasen[110]. - -Finden täglich mehrere Teilladungen statt, so darf nur ~eine~ bis zur -vollen Gasentwicklung durchgeführt werden, die anderen dagegen sind -sofort abzubrechen, wenn an einer Elektrode Gasentwicklung beginnt. - -Will man (im Laboratorium) große und kleine Zellen gleichzeitig laden, -so schaltet man zwei oder mehrere der kleinen Zellen parallel, bildet -aus diesen gleichsam einen größeren Akkumulator, oder man wählt den -Strom so, daß er der kleinsten Type angepaßt ist. - -Es ist darauf zu achten, daß die mit dem Zellenschalter verbundenen -Elemente nicht zu lange überladen werden. - -Auch dann, wenn eine Batterie nicht oder nur wenig benutzt wird -(Laboratorium), muß von Zeit zu Zeit, etwa alle 14 Tage, aufgeladen -werden (siehe Selbstentladung). Automobilbatterien sollen nach jeder -Fahrt geladen werden. - -Die Ladestromstärke darf, wie wir bereits sahen, eine gewisse Größe -nicht überschreiten; sie ist, wenn an beiden Platten Gasentwicklung -erfolgt, auf etwa die Hälfte des ursprünglichen Wertes herabzusetzen. -Hierfür kann man verschiedene Gründe angeben. Wird die Gasentwicklung zu -stürmisch, so werden viele kleine Partikelchen der wirksamen Masse -losgesprengt. Ferner hat die Elektrodenspannung, wenn die Stromstärke -nicht vermindert wird, einen hohen Wert, und es kann sich -Überschwefelsäure bilden (s. S. 14). Auch wird bei starker -Gasentwicklung zu viel Säure verspritzt. - -Bei Lichtanlagen arbeiten die Dynamo und Batterie parallel. Die Ladung -der Batterie muß, ehe der Parallelbetrieb beginnt, beendet sein, ein -~Nachladen~ bei ausgeschaltetem Ladeschalter ist unter allen Umständen -~zu vermeiden~, weil es zu einer Schädigung der mittleren Schaltzellen -führt. - - Wir wollen uns dies an einem bestimmten Falle klar machen. Es handle - sich um eine Lichtanlage, bei der die Spannung in der Zentrale 115 - Volt beträgt. Es sind 115:1,8 = 64 Zellen erforderlich; von diesen - seien 12 mit dem Doppelzellenschalter Verbunden. Die Ladung sei soweit - fortgeschritten, daß die Spannung jeder Zelle 2,2 Volt beträgt. Dann - werde zum Parallelbetrieb übergegangen. Die Ladung kann nur durch den - Entladeschalter geschehen (s. S. 173). Es können dann nur 115:2,2 = 52 - Zellen Strom bekommen, die 12 letzten Zellen werden also nicht mit - geladen. Muß die Batterie später Strom abgeben, so sind anfänglich - 115 : 2 = 58 Zellen an der Stromlieferung beteiligt. Die Zellen 53 bis - 58 werden also überanstrengt, da sie bei der Nachladung keinen Strom - erhielten. - -Die Akkumulatoren-Fabrik Akt.-Ges. schreibt für ihre Batterien vor, daß -unter normalen Verhältnissen etwa alle 3 Monate eine ~Ladung mit -Ruhepausen~ erfolgen soll (s. S. 114). Durch diese sucht man offenbar -einer beginnenden Sulfatation vorzubeugen. Die Ladung geschieht in der -Weise, daß die Maschine abgeschaltet wird, sobald an beiden Elektroden -die Gasentwicklung beginnt; die Batterie ist vom Netze zu trennen. In -diesem Ruhezustande soll sie mindestens 1 Stunde stehen bleiben. Dann -wird wieder geladen bis zur Gasentwicklung, wieder abgeschaltet etc. -Ladungen und Ruhepausen sollen solange aufeinander folgen, bis ~sofort~ -nach dem Einschalten der Maschine Gasentwicklung beginnt. Bei den -Nachladungen soll die Stromstärke natürlich kleiner als die normale -sein. Dasselbe Verfahren soll angewandt werden, wenn die Batterie zu -stark beansprucht und wenn sie wiederholt ungenügend geladen worden ist. - -Zellen, die voraussichtlich längere Zeit nicht benutzt werden, sind -gründlich aufzuladen (Selbstentladung); besonders schnell geht die -Selbstentladung bei Großoberflächenplatten vor sich. - -Der Wärter hat die Pflicht, alle ~Zellen bei~ jeder ~Ladung~ zu -beobachten; besondere Aufmerksamkeit soll er den Schaltzellen zuwenden. -Es kommt zuweilen vor, daß eine ~Zelle~ gegen die anderen -~zurückbleibt~[111]; es erfolgt keine Gasentwicklung, wenn die Nachbarn -schon lange „kochen‟, die Säuredichte steigt nicht oder doch nur sehr -langsam an. Eine solche Zelle ist auf ~Kurzschluß~ zu untersuchen. Ein -solcher kann verursacht werden dadurch, daß sich eine Platte krümmt oder -dadurch, daß ein Fremdkörper in die Zelle hineinfällt oder daß aktive -Masse aus dem Gitter herausfällt. Er hat zur Folge, daß der Ladestrom -sich verzweigt und nur ein Bruchteil des Stromes durch die Säure fließt, -d. h. eine elektrochemische Wirkung ausübt. Nach der Ladung entlädt sich -die Zelle in sich selbst; denn der den Kurzschluß bewirkende Körper -bildet eine leitende Verbindung zwischen den beiden Polen. Bei einer -solchen Zelle tritt bald Sulfatierung ein, die mit einer -Kapazitätsabnahme verbunden ist. - -Das Vorhandensein eines Kurzschlusses kann man mittels eines kleinen -Kompasses feststellen. Diesen legt man nacheinander zwischen zwei -benachbarte Fahnen; kommt man an eine Platte, die Kurzschluß hat, so -wird die Nadel durch das magnetische Feld des Stromes abgelenkt. - -Die ~Vorschriften für die Entladung~ sind größtenteils schon in den -Betrachtungen des Kapitels 4 enthalten. Es sei daran erinnert, daß eine -gewisse Stromstärke nicht überschritten werden darf. Dies ist besonders -beim Experimentieren im Laboratorium etc. zu beachten. Ist man im -Zweifel, wie stark der Strom bei einem Versuche wird, so muß man einen -Rheostaten und ein Ampermeter mit einschalten, wie es in Fig. 25 -angedeutet ist. In dieser soll _A_ den Apparat darstellen, dem Strom -zugeführt wird, _Amp._ ein Ampermeter, _W_ einen veränderlichen -Widerstand, _B_ die Batterie, _Voltm._ ein Voltmeter. - -Die Frage, woran man erkennt, ob ein Akkumulator entladen ist, hat große -praktische Bedeutung (man vergleiche die Bemerkungen auf S. 102 und die -Darlegungen über die Erholung). Weiß man nicht bestimmt, ob man einer -Zelle noch Strom entnehmen darf, so verbindet man die Klemmen mit einem -Voltmeter und läßt das Element den der dreistündigen Entladung -entsprechenden Strom abgeben. Ist die Zelle erschöpft, so sinkt die -Klemmenspannung in kurzer Zeit auf 1,8 Volt. -- Dauert ein Versuch -längere Zeit, so sollte stets ein Voltmeter mit den Klemmen des -Elementes bezw. der Batterie verbunden sein (Schaltung s. Fig. 25). - -[Illustration: Fig. 25.] - - Um zu prüfen, wie groß noch ungefähr die Elektrizitätsmenge ist, die - man entnehmen darf, kann man das Aräometer benutzen. Kennt man die - Säuredichte der Zelle in geladenem und entladenem Zustande, so kann - man aus dem augenblicklichen spezifischen Gewichte einen Schluß über - den Energieinhalt ziehen. Weiß man z. B., daß die Säuredichte des - vollgeladenen Elementes 1,20 und diejenige der entladenen Zelle 1,16 - ist, und findet man, daß das spezifische Gewicht den Wert 1,17 hat, so - enthält der Akkumulator noch ungefähr ¾ seiner Elektrizitätsmenge. - -Elemente, die sehr selten oder nie ganz entladen werden, gehen in ihrer -Kapazität zurück. Soll dies vermieden werden, so müssen die Zellen von -Zeit zu Zeit, etwa alle 4-5 Wochen einmal, mit möglichst der -garantierten Kapazität beansprucht werden. Diese Vorschrift ist -besonders für solche von Wichtigkeit, die Anlagen in Schulen etc. zu -beaufsichtigen haben. - -~Sulfatieren~, ~Krümmen~. Bei Batterien macht sich stärkere -~Sulfatierung~ in einer oder mehreren Zellen in der Weise bemerkbar, daß -bei der gewöhnlichen anfänglichen Ladespannung nur ein schwacher Strom -zustande kommt. Um die schadhafte Zelle herauszufinden, mißt man die -Spannung der Elemente einzeln mittels eines Voltmeters für geringe -Spannungen (Taschenvoltmeter bis 3 Volt); in stromlosem Zustande ist die -Klemmenspannung der betreffenden Zelle sehr klein. Bei der Ladung kann -in der kranken Zelle Gasentwicklung erfolgen, ohne daß ein chemischer -Umsatz an den Platten erfolgt. - -Bedeckt das kristallinische Bleisulfat noch nicht die ganze Oberfläche, -oder ist es nur in sehr dünner zusammenhängender Schicht vorhanden, so -gelingt es meistens, die Zelle unter Anwendung einer höheren Spannung -(3-4 Volt) aufzuladen. (Im Laboratorium benutzt man am besten die -Thermosäule; bei größeren Batterien kann man den Ladestrom den -Schaltzellen entnehmen.) Während der Ladung schalte man ab und zu (etwa -nach je 10 Minuten) eine Ruhepause (5-10 Minuten) ein (S. 114). Nach der -ersten Ladung hat das Element noch nicht seine volle Kapazität. Man -behandelt daher die Zelle in der früher angegebenen Weise. - -Die Sulfatierung ist in der Regel mit einem ~Krümmen~ der Platten -verbunden. Findet man, daß eine Platte die Neigung zum Werfen hat, so -schiebt man zwischen sie und die benachbarte Platte Glasstäbe, so daß -eine weitere Verringerung des Plattenabstandes nicht erfolgen kann, oder -man drückt die Platte durch breite flache Hölzer, deren Dicke gleich -dem Plattenabstand ist, gerade. Gelingt dies nicht, so ist die Platte -durch eine neue zu ersetzen. Die Kölner Akkumulatoren-Werke schreiben -vor, daß in Zellen, die dauernd zu arbeiten haben, Platten aus der -letzten Schaltzelle kommen, also Platten, die gut durchgearbeitet sind, -während die neuen Platten in die Schaltzellen eingesetzt werden. - -Damit man beginnende Krümmung oder andere Fehler entdeckt, muß man von -Zeit zu Zeit eine Revision sämtlicher Zellen vornehmen. Man bedient sich -hierbei, besonders wenn es sich um große Zellen oder um Elemente in -Holzkästen handelt, einer ~Ableuchtlampe~, d. h. einer elektrischen -Lampe mit Schutzkorb, Schutzglas, einer Schlauchleitung und einem -Stöpsel für Wandkontakt[112]. - -~Automobilzellen~ sind von Zeit zu Zeit, unter normalen Verhältnissen -alle drei Monate, zu ~reinigen~. Die Plattensätze werden zu dem Zwecke, -nachdem die Batterie entladen ist, zusammen mit dem Deckel vorsichtig -aus den Kasten herausgehoben, durch mehrmaliges Heben und Senken in -destilliertem Wasser abgespült; die Kasten werden entleert und -gereinigt, dann werden die Plattensätze wieder eingeschoben und Säure -vom spez. Gew. 1,16-1,17 zugesetzt. Nach jeder Reinigung muß eine -gründliche Aufladung mit etwa dem halben normalen Ladestrom erfolgen. - -Im Übrigen sei bemerkt, daß die Firmen genaue Vorschriften über die -Behandlung der von ihnen gelieferten Batterien geben und daß sie gegen -eine jährliche Prämie die Überwachung und Instandhaltung der Batterien -übernehmen (~Akkumulatorenversicherung~). - -~Die Lebensdauer~ des ~Akkumulators~ hängt in hohem Maße von der Art der -Behandlung ab. Über diese können allgemein gültige Angaben kaum gemacht -werden. Dünne Platten, wie sie für Traktionszwecke benutzt werden, die -mit relativ hoher Stromdichte beansprucht werden, müssen nach 100 bis -200 Entladungen ausgewechselt werden. Planté-Platten haben eine andere -Widerstandsfähigkeit als Faure-Platten. Auch spielt die Art der -Formation eine wichtige Rolle; eine zu stark beschleunigte Formierung -scheint die Lebensdauer ungünstig zu beeinflussen. - -Werden bei der Formation dem Elektrolyten Chemikalien zugesetzt, die -Blei chemisch angreifen, so kann es leicht vorkommen, daß in den Platten -geringe Mengen dieser Substanzen zurückbleiben und in die -Akkumulatorensäure gelangen. Das Blei des Trägers wird im Laufe der Zeit -„angefressen‟, so daß die mechanische Festigkeit immer kleiner wird. - -Die Lebensdauer der positiven Platten ist durch die Zeit gegeben, bis zu -welcher das Blei der Rippen und des Kerns durch Umwandlung in Superoxyd -aufgebraucht wird (s. Lokalaktion, S. 110); die mechanische Festigkeit -der Platten wird geringer und ihr Widerstand größer. Daraus ergibt sich, -daß die Menge des festen Bleies in hohem Grade maßgebend ist für die -Lebensdauer der positiven Platten. - -Bei älteren negativen Platten geht der Bleischwamm langsam in festes, -dichtes Blei über, er schrumpft unter beträchtlicher Volumänderung -zusammen; es bilden sich Risse, und der Zusammenhang zwischen der -Unterlage und der aktiven Masse wird gelockert. Man nennt diese -Erscheinung ~Schrumpfen~, ~Sintern~, ~Verbleiung~. Sie ist natürlich mit -einer Kapazitätsabnahme verbunden, da die Säure nicht mehr in das Innere -eindringen kann. Durch Zusatz gewisser indifferenter Substanzen (z. B. -Koks, Bimsstein) in fein verteiltem Zustande zu dem Breie, den man in -die Gitter schmiert, soll das Sintern verhindert bezw. verlangsamt -werden (s. S. 136). - -Durch zu starke Beanspruchung der negativen Platten wird das Schrumpfen -beschleunigt. Daher dürfte ein weiteres Mittel, dem Verbleien -vorzubeugen, darin bestehen, die Kapazität der Bleischwammplatten von -vornherein größer zu wählen als die der positiven Elektroden. - -Vor allem muß sich jeder, der Akkumulatoren benutzen will, mit den -Vorgängen im Akkumulator und mit seinen Eigentümlichkeiten genau bekannt -machen und sich von vornherein daran gewöhnen, mit der nötigen Vorsicht -zu Werke zu gehen. - - [107] Siehe Zentralblatt für Akkumulatorentechnik 1907, S. 30 oder E. - T. Z. 1907, S. 611. - - [108] Das betr. Glas ist mit destilliertem Wasser gut auszuspülen. - - [109] Das destillierte Wasser ist auf Chlor zu untersuchen, s. S. 139. - - [110] Alle Zellen mit Ausnahme der Schaltzellen müssen zu gleicher - Zeit und gleichmäßig zur Gasentwicklung gelangen. - - [111] Ist ein Doppelzellenschalter vorhanden, so können - zurückgebliebene Schaltzellen in der Weise nachgeladen werden, daß man - sie zwischen Lade- und Entladehebel nimmt. Durch diese Zellen geht - dann der ganze von der Dynamo abgegebene Strom, der natürlich den - maximalen Ladestrom nicht überschreiten darf. Bei anderen Zellen - wendet man die Überbrückungsmethode an (s. S. 142). - - [112] Zum ~Reinigen der Akkumulatoren~ kann man einen Apparat - benutzen, der zum Absaugen des Schlammes dient. Er besteht aus einer - Luftpumpe und Vakuumkessel, an dem ein Schlauch mit passendem - Bleimundstück angeschlossen ist Man zieht zuerst die Säure ab, saugt - dann den Schlamm ab und füllt wieder ein. Das Herausnehmen der Platten - ist also überflüssig. - - - - -Achtes Kapitel. - -Der alkalische Akkumulator. - - -An den Bleiakkumulatoren wird als ein Nachteil getadelt, daß sie ein im -Vergleich zu ihrer Leistung großes Gewicht haben. Dieses ist in erster -Linie bedingt durch das hohe spezifische Gewicht und das große -elektrochemische Äquivalent des Bleies. Auch der Umstand, daß Blei ein -weiches Metall ist, wäre hier zu erwähnen. Der Träger der aktiven Masse -muß nämlich aus Blei bestehen, die Platten müssen, damit sie genügend -fest sind, eine ziemlich große Dicke haben. Endlich ist der -Bleiakkumulator auch deshalb ein schwerer Akkumulator, weil der -Elektrolyt in verhältnismäßig großer Menge vorhanden sein muß. Denn die -Säure ist an dem chemischen Umsatze beteiligt, so daß man gezwungen ist, -pro Amperstunde eine gewisse Säuremenge zu verwenden. Wird die Säure -knapp bemessen, so sinkt ihre Dichte während der Entladung stark; dies -hat zur Folge, daß der innere Widerstand größer und die -elektromotorische Kraft kleiner wird. Nimmt man wenig, aber ziemlich -stark konzentrierte Säure, so wird die Sulfatierung begünstigt und die -Lebensdauer verringert. Das Gewicht der Säure beträgt bei stationären -Akkumulatoren etwa 20% des Gesamtgewichtes. Was das Gewicht der Platten -anbelangt, so kann man durch Verringerung der Dicke das Verhältnis -zwischen Leistung und Gewicht wesentlich verbessern. Eine derartige -Steigerung der Leistung pro Kilogramm Zellengewicht wird aber nur auf -Kosten der Lebensdauer erkauft. Nach E. ~Sieg~[113] haben Zellen der -Kölner Akkumulatorenwerke für Traktionszwecke (Automobile), die ca. 30 -Wattstunden pro Kilogramm geben, als mittlere Lebensdauer nur ca. 100 -Entladungen. - -Es gibt nun zwei Möglichkeiten, einen leichteren Akkumulator zu -konstruieren, nämlich erstens Metalle zu verwenden, deren spezifisches -Gewicht und elektrochemisches Äquivalent kleiner ist als bei Blei[114], -zweitens das Elektrodenmaterial und den Elektrolyten so zu wählen, daß -der Elektrolyt bei Stromzufuhr und Stromentnahme seine Konzentration -nicht ändert. - -Nach beiden Richtungen hin sind von zahlreichen Erfindern schon seit -mehr als 20 Jahren Versuche angestellt worden. - - Verdünnte Schwefelsäure hat folgende wertvolle Eigenschaften: 1. sie - leitet den elektrischen Strom sehr gut (natürlich im Vergleich zu - anderen Elektrolyten), 2. sie verändert sich an der Luft nicht, 3. sie - bleibt in dem Gefäße, in dem sie sich befindet, sie kriecht nicht, wie - es viele andere Lösungen tun, an den Wänden langsam empor. Will man an - der Verwendung der verdünnten Schwefelsäure für einen Sammler - festhalten, so hat man unter den Metallen keine große Wahl, da sich - die meisten bezw. ihre Oxyde in diesem Elektrolyten lösen. - -Beachtung verdient hier vor allem das ~Kupferoxyd-Zink~-Element -(Lalande, Edison, Wedekind), das als Vorläufer des Edison-Akkumulators -bezeichnet werden kann. Als Elektrolyt dient Natron- oder Kalilauge. Das -Kupferoxyd verliert während der Entladung seinen Sauerstoff, das Zink -geht als Zinkhydroxyd in Lösung. Das entstandene poröse und schwammige -Kupfer nimmt an der Luft, besonders wenn es erhitzt wird, Sauerstoff -auf. - -Wir wenden uns jetzt zu dem Hauptgegenstande dieses Kapitels, nämlich zu -dem ~Edison-Akkumulator~. ~Darrieus~[115] beschäftigte sich vor etwa 18 -Jahren schon mit der Herstellung eines Akkumulators, bei dem an Stelle -des schweren Bleies andere Metalle und als Elektrolyt Kali- oder -Natronlauge benutzt werden sollten. Unter den Metallen, die er aufzählt, -befinden sich auch Eisen, Nickel, Kadmium. Im Jahre 1899 wurde dem -Schweden ~Jungner~ ein Patent erteilt, das sich auf einen alkalischen -Akkumulator mit Silber- und Kupferelektroden bezieht. Die Versuche -erstreckten sich aber auch auf Eisen, Nickel und Kadmium. Es sind etwas -mehr als 8 Jahre her, als Dr. Kenelly die Aufmerksamkeit der ganzen Welt -auf eine neue Erfindung Edisons lenkte, nämlich auf ein Element, das -nach den Nachrichten, die zu uns gelangten, berufen zu sein schien, dem -biederen Bleiakkumulator den Todesstoß zu versetzen. Die ersten Zellen, -die D-Zellen, kamen i. J. 1903 nach Europa. Aber sie wurden schon nach -kurzer Zeit vom Markte zurückgezogen. Später wurde die Fabrikation der -H-Zellen in großem Maßstabe aufgenommen, auch in Berlin (Deutsche -Edison-Akkumulatoren-Company). Diese wird im Folgenden ausführlich -besprochen werden. - -Edison hatte sich die Aufgabe gestellt, einen Akkumulator herzustellen, -der nicht nur pro Wattstunde ein geringeres Gewicht als der -Bleiakkumulator haben sollte, sondern auch gegen schlechte Behandlung -unempfindlich sein sollte. Inwiefern es Edison gelungen ist, dieses -Ziel zu erreichen, werden wir später sehen. - -~Vorgänge in der Edison-Zelle.~ Die wirksame Masse der positiven -Elektrode besteht aus Nickelhydroxyd, Ni(OH)₂, dem etwa 20% eines -flockigen Graphits zugesetzt werden. Der Graphitzusatz bewirkt nicht nur -eine Verbesserung der Leitfähigkeit der aktiven Masse, sondern er -verhindert auch ein Aufschwemmen der Masse bei der Ladung; in erster -Linie aber soll seine Bedeutung darin liegen, daß er trotz der starken -Pressung der Masse (s. unten) eine gewisse Porosität gewährleistet. Als -negatives Elektrodenmaterial wird Eisenhydroxyd verwendet, dem ca. 10% -Quecksilberoxyd beigemischt werden. Letzteres dient dazu, die -Leitfähigkeit der Masse zu verbessern, und soll dazu beitragen, die -Zelle gegen starke Stromstöße unempfindlich zu machen. Welche Vorgänge -sich in der Zelle bei Stromdurchgang abspielen, steht noch nicht mit -Sicherheit fest. Nach ~Elbs~[116] wird das Eisenhydroxyd durch -Wasserstoff zu Eisen reduziert, während Nickelhydroxyd durch OH -(hervorgegangen aus OH-Ionen) auf eine höhere Oxydationsstufe gebracht -wird. Die Vorgänge, die sich bei der Ladung und Entladung abspielen, -kann man durch die Gleichung darstellen: - -Fe(OH)₂ + 2Ni(OH)₂ ⇄ Fe + 2Ni(OH)₃. - -Der Effekt ist also ein solcher, als ob bei der Ladung zwei OH von der -negativen zur positiven Elektrode wanderten, und umgekehrt bei der -Entladung. Elbs fand auch, daß die elektromotorische Kraft von der -Konzentration der Lauge abhängig ist. Nach der obigen Reaktionsgleichung -ist die Kalilauge (21%) an dem chemischen Umsatze nicht beteiligt. -~Förster~[117] wies aber nach, daß die Kalilauge nach der Entladung -weniger Wasser enthält als am Ende der Ladung. Es scheint demnach, als -ob die vorige Gleichung die Vorgänge nicht genau wiedergäbe. (Möglich -wäre es allerdings, daß Wasserstoff und Sauerstoff von dem -Elektrodenmaterial absorbiert werden.) - -J. ~Zedner~ hat unter Leitung von Prof. ~Dolezalek~[118] Untersuchungen -über den ~Eisen-Nickel-Akkumulator~ angestellt. Er fand, daß die -positive Elektrode im geladenen Zustande Ni(OH)₃, im entladenen Zustande -Ni(OH)₂.2H₂O enthält. Während der Entladung wird also dem Elektrolyten -Wasser entzogen. Dem entsprechend müßte die elektromot. Kraft von der -Konzentration der Lauge abhängig sein, was auch in der Tat der Fall ist. -Die Entladung erfolgt in zwei Stufen; zuerst wird das Nickelhydroxyd in -Hydroxydul umgewandelt; die zweite Stufe beruht auf der Verbindung des -Sauerstoffs mit Wasserstoff, der während des Ladens von der wirksamen -Masse und zwar zumeist von dem ihr beigemischten Graphit eingeschlossen -wurde. - -~Roloff~[119] ist der Ansicht, daß außer der von Elbs angegebenen -Reaktion noch eine andere stattfindet, wie der stufenweise erfolgende -Abfall des Potentials der Eisenelektrode beweise. Das Ni(OH)₂, das auf -den entladenen Platten ist, hat keine grüne Farbe. Er fand, daß Ni(OH)₂ -schwarz wird, wenn es Wasser addiert, z. B. ist das Hydrat Ni(OH)₂.2H₂O -schwarz. - -Nach der Reaktionsgleichung kommen auf 1 Atom Eisen, das oxydiert wird, -2 Atome Nickel, die an dem Umsatze beteiligt sind; dem entsprechend ist -bei Edison die Zahl der Nickelektroden eine doppelt so große wie -diejenige der Eisenelektroden. - -Da die Kalilauge an dem Umsatze nicht beteiligt ist, so kann der Abstand -zwischen den Elektroden sehr klein gemacht werden. Dies ist auch aus dem -Grunde von Wert, weil die Anzahl der Platten, um eine bestimmte -Kapazität zu erreichen, eine große sein muß. Die Nickel- und Eisenmasse -nämlich leiten den Strom sehr schlecht, wahrscheinlich ist auch ihre -Porosität wegen des hohen Druckes, dem sie bei der Fabrikation -ausgesetzt werden, eine sehr geringe; der chemische Umsatz ist aber, -obschon der Elektrolyt nicht an ihm beteiligt ist, nur dort möglich, wo -die aktive Masse mit der Lauge in Berührung ist. Die Umwandlungen -erfolgen daher nur in einer außerordentlich dünnen Oberflächenschicht. -Man muß also eine verhältnismäßig große Anzahl von Platten benutzen, um -eine gewünschte Kapazität zu erhalten. Die Ersparnis an Elektrolyt, die -man durch das nahe Zusammenrücken der Platten erzielt, wird, wie man -leicht einsieht, dadurch wieder z. T. illusorisch, daß man die Anzahl -der Platten vergrößern muß. - -~Konstruktion der Edison-Zelle.~ Die positive aktive Masse gewinnt -Edison dadurch, daß er aus einer Nickelnitratlösung durch -Magnesiumhydroxyd das grüne Nickelhydroxydul, Ni(OH)₂ fällt; dieses wird -durch Chlor zu Nickelhydroxyd Ni₂(OH)₆ oxydiert. Die negative Masse wird -aus Eisenoxyd hergestellt, über dieses wird bei etwa 250° lange Zeit -trockener Wasserstoff geleitet, das Fe₂O₃ wird in Fe₃O₄ umgewandelt. - -[Illustration: Fig. 26.] - -Die Konstruktion der positiven und negativen Elektroden stimmt, -wenigstens bei der H-Type, überein. Das aktive Material, dem Graphit -bezw. Quecksilberoxyd (s. oben) zugesetzt wird, wird von kleinen Taschen -(77 mm × 13 mm) aufgenommen, die aus dünnem, vernickeltem Eisenblech -hergestellt werden[120]. Dieses ist perforiert, damit der Elektrolyt -Zutritt hat; auf 1 cm² kommen fast 300 Löcher. Eine größere Anzahl -dieser Taschen wird in ein Gitter aus vernickeltem Stahlblech eingesetzt -(s. Fig. 26). Die Platte wird dann sehr stark gepreßt, so daß die -Taschen fest und mit gutem Kontakte in dem Rahmen sitzen. In einer -zweiten Presse werden die Taschenwände in der Querrichtung gewellt. Die -Platten haben oben einen mit einer runden Öffnung versehenen Ansatz. -Durch diese wird beim Einbau ein Eisenbolzen geschoben; zwischen je 2 -Platten wird eine Eisenscheibe gelegt, um den richtigen Abstand zu -erhalten und zu sichern. Platten und Scheiben werden durch Schrauben an -den Enden der Bolzen gegeneinander gedrückt. Der Bolzen trägt einen -vertikalen Eisenstab, den Polbolzen (s. Fig. 27). Wie schon bemerkt, -enthält die Zelle doppelt so viele Nickelelektroden wie Eisenelektroden, -die Reihenfolge ist also: Nickel, Eisen, Nickel; Nickel, Eisen, Nickel -usw. Zur Isolierung der Platten verschiedenen Potentials gegeneinander -dienen Hartgummistäbe. - -[Illustration: Fig. 27.] - -Der Plattensatz kommt in eine vierkantige Kanne aus vernickeltem -Eisenblech, das, um seine Festigkeit zu erhöhen, gewellt ist (s. Fig. -27); er ist gegen den Boden der Kanne durch Hartgummiprismen isoliert -und gegen die Seitenwände durch dünne Hartgummiformstücke. Die Zelle -wird durch einen Deckel verschlossen, durch den die beiden Polbolzen -hindurchgehen, die durch übergeschobene Hartgummibüchsen und -Weichgummiringe gegen den Deckel isoliert sind. Der Deckel ist mit einer -Füllöffnung und einem Ventil versehen, durch das die bei der Ladung in -großer Menge sich bildenden Gase entweichen; es ist so eingerichtet, daß -die mitgerissenen Teilchen des Elektrolyten zurückgehalten werden. - -Der Elektrolyt soll stets ca. 12 mm über Oberkante der Platten stehen. -Den richtigen Stand der Kalilauge konstatiert man mit Hilfe eines -Glasrohres mit kleiner Ausflußöffnung, das man wie eine Pipette benutzt. -Sinkt der Stand der Flüssigkeit unter das vorgeschriebene Maß, so ist -destilliertes Wasser nachzufüllen. - -[Illustration: Fig. 28.] - -Vor einiger Zeit hat Edison die Nickelelektrode wieder anders gestaltet. -Die Taschen haben eine runde Form erhalten (s. Fig. 28). Sie sind aus -spiralig gewundenem, fein gelochtem Stahlband gefertigt und werden mit -Hilfe von Stahlringen außerordentlich verstärkt. Das Nickelhydroxyd -wird nicht mehr mit Graphit sondern mit Nickelflocken vermischt, auch -soll etwas Wismutoxyd beigemengt werden. Der Kaliumlösung wird eine -geringe Menge von Lithium zugesetzt. Die Gasentwickelung soll bei der -neuen Type (Type A) geringer[121] und die Leistung bei gleichem Gewichte -etwa 25% höher[122] sein als bei der H-Type. - -Die ~Edison-Zelle im Betriebe~. Die elektromotorische Kraft der -geladenen Zelle beträgt etwa 1,5 Volt. Wird sie mit der normalen -Stromdichte, d. h. derjenigen, die der 3¾-stündigen ~Entladung~ -entspricht, beansprucht, so beträgt, wie man aus der Fig. 29 ersieht, -die anfängliche Klemmenspannung etwas weniger als 1,4 Volt, gegen Ende -der Entladung etwa 1,15 Volt. Im Mittel beläuft sich die Nutzspannung -auf 1,23 Volt. Sie ist noch geringer, wenn mit stärkerem Strome entladen -wird. - -[Illustration: Fig. 29.] - -Die Stromstärke bei der normalen ~Ladung~, die auch rund 3¾ Stunde -dauert, ist größer als die Entladestromstärke; z. B. wird die Type H₂₇ -mit 45 Amp. entladen und mit 65 Amp. geladen. Wie die Klemmenspannung -verläuft, ist aus der Fig. 29 zu ersehen. Nach etwa 3⅓ Stunden hat also -die Spannung den Wert 1,8 Volt; man soll dann noch 30-40 Minuten weiter -laden. Da die Zelle schon kurz nach Beginn der Ladung gast (daher der -niedrige Wirkungsgrad) und die Konzentration des Elektrolyten nur sehr -wenig schwankt, so ist es, wenn man ein Voltmeter nicht benutzt, nicht -möglich, anzugeben, wann das Ende der Ladung nahe ist. Am besten lädt -man dann mit vorgeschriebener Stromstärke und hört nach 3¾ Stunden auf; -allerdings vergeudet man, wenn die Batterie nicht erschöpft war, unter -Umständen viel Energie. -- - -Vor Beginn der Ladung soll man sich von dem Stande des Elektrolyten -überzeugen und ev. nachfüllen. Ein Zusatz von Wasser ist nach jeder -zweiten oder dritten Ladung nötig. Die Konzentration der Lauge nimmt -langsam ab, da durch die Gase trotz des Ventils kleine Partikelchen des -Elektrolyten mitgerissen werden; nach ca. 300 Entladungen soll der -Elektrolyt erneuert werden. Die mitgerissenen Laugeteilchen sammeln sich -auf dem Deckel und „bilden im Laufe der Zeit einen weißlichen, -kristallinischen Niederschlag, der durch gelegentliches Reinigen mit -einem Tuch oder Pinsel entfernt wird‟ (~Kammerhoff~ l. c. S. 43). - -~Wirkungsgrad~ und ~Nutzeffekt~, die wie beim Bleiakkumulator von der -Stromstärke und der zwischen Ladung und Entladung liegenden Zeit -abhängig sind, haben ziemlich niedrige Werte; sie werden bei 3¾stdg. -Ladung und Entladung zu 72% und 52% angegeben. Die ~Kapazität~ ist viel -weniger von der Entladezeit abhängig als beim Bleiakkumulator. Sie -nimmt übrigens im Laufe der Zeit ab; diese Abnahme ist abhängig von der -Beanspruchung; nach etwa 600 Entladungen mit stark schwankendem -Stromverbrauch, wie er beim Elektromobilbetrieb vorkommt, ist die -Kapazität um etwa 15% gesunken. - -~Vergleich zwischen Blei- und Edison-Akkumulator.~ Die Endspannung -bei dem Edison-Akkumulator sei 1,15 Volt, beim Bleiakkumulator ist -sie 1,8 Volt. Für eine 110 Volt-Anlage sind also 110:1,15 = 96 -Eisen-Nickel-Zellen, dagegen nur 110:1,8 = 61 Bleiakkumulatoren -erforderlich. Weiterhin folgt, daß die Anzahl der mit dem Zellenschalter -zu verbindenden Elemente bei Verwendung von Edison-Zellen bedeutend -größer ist als bei Benutzung von Bleiakkumulatoren. Was die Überwachnung -und Wartung anbelangt, so sind diese, soweit es sich um stationäre -Anlagen handelt, für Bleiakkumulatoren einfacher als für -Edison-Zellen[123], besonders wenn erstere in Glasgefäße eingebaut sind. -Andererseits hat aber die Edison-Zelle manche Vorzüge vor ihrem älteren -Rivalen voraus; vor allem ist sie gegen Überanstrengung, sei es daß -diese in zu weitgetriebener Entladung, z. B. bis zu 0,5 Volt Spannung, -oder in Entnahme anormal starken Stromes besteht, fast ganz -unempfindlich; ferner kann die Zelle im entladenen Zustande lange -stehen, ohne daß sie Schaden leidet, und daher ist das oft höchst -lästige Nachladen, das bei Bleiakkumulatoren erfolgen muß, wenn die -Batterie längere Zeit nicht benutzt wird, überflüssig; endlich sind zu -erwähnen die große mechanische Festigkeit, verbunden mit der -Widerstandsfähigkeit gegen Stöße, und der feste Halt der wirksamen -Masse. - -Diese Eigenschaften sind in manchen Fällen so wertvoll, daß man die -Mängel gern mit in den Kauf nimmt. Das Hauptgebiet, das sich der -Edison-Akkumulator zu erobern gedenkt, ist das Elektromobil. Hier -spielen das Gewicht pro Einheit der Leistung und die Raumbeanspruchung -eine maßgebende Rolle. Wir wollen zusehen, welcher von den beiden -Akkumulatoren in dieser Hinsicht den Vorzug verdient. Dem schon mehrmals -erwähnten Buche von ~Kammerhoff~ entnehme ich, daß die Type H₂₇, d. h. -die H-Type mit 27 normalen Platten, für jedes Kilogramm Totalgewicht 24 -Wattstunden leistet[124]; unter Totalgewicht ist das Gewicht der -kompletten Zelle inkl. Holzträger zu verstehen. Der Berechnung liegt -3¾stündige Entladung zugrunde. In einem Vortrage von ~Roloff~ findet man -die Angaben, daß man erhält - - bei einem stationären Bleiakkumulator pro 1 kg Gew. 8 W-Std., - „ „ transportablen[125] „ „ „ „ 32,5 „ , - -5stündige Entladung vorausgesetzt. Will man unparteiisch urteilen, so -muß man bei dem transportablen Bleiakkumulator auch 3¾stünd. Entladung -annehmen. Die dieser Zeit entsprechende Kapazität kann zu 5-6% geringer -angenommen werden als die bei 5stündiger Entladung; auch ist zu -berücksichtigen, daß die mittlere Klemmenspannung etwas kleiner ist. Auf -keinen Fall aber bedeutet der Edison-Akkumulator, wenn es sich um -transportable Zellen handelt, die in 3-4 Stunden entladen werden sollen, -einen Fortschritt hinsichtlich einer Gewichtsverringerung[126]. - - ~Peters~[127] gelangt zu der Ansicht, daß der Edison-Akkumulator in - keiner Hinsicht mit dem Bleiakkumulator konkurrieren könne. - ~Graefenberg~ findet, daß der Edison-Akkumulator 16-18 Wattstunden pro - 1 kg Gesamtgewicht leiste. - -Die Zahlen ändern sich aber zugunsten der Edison-Zelle, wenn es sich um -schnelle Entladungen handelt, indem nämlich die Kapazität der Bleizelle -in viel höherem Maße von der Entladedauer abhängig ist als diejenige der -Edison-Zelle. Auch spricht die Lebensdauer ein wichtiges Wort mit, und -diese dürfte bei Bleiakkumulatoren, die 25-30 Wattstunden pro 1 kg -Gewicht leisten, keine besonders große sein; wie es in dieser Hinsicht -mit den Edison-Zellen bestellt ist, darüber fehlen noch unparteiische -Angaben. - -Was die Raumbeanspruchung anbelangt, so hat der Bleiakkumulator von -vornherein einen Vorsprung, weil er eine viel höhere mittlere Spannung -hat als die Edison-Zellen (Verringerung der Zellenzahl). ~Kammerhoff~ -berechnet, daß die Type H₂₇ bedarf - - bei 3¾stdg. Entladung pro 1 Kilowattstd. 31,17 l, - „ 1¼ „ „ „ 1 „ 35,07 l; - -angenommen ist, daß je 6 Zellen in einen Holzkasten eingebaut sind. Für -eine Bleizelle, die für Elektromobilbetrieb bestimmt ist, wird -angegeben, daß ohne Holzkasten erforderlich sind - - bei 5stdg. Entladung pro 1 Kilowattstd. 13,08 l, - „ 1 „ „ „ 1 „ 25,46 l. - -Nach ~Roloff~ sind für transportable Bleizellen 12 l pro Kilowattstunde -und für die Edison-Zelle 19 l erforderlich. Auch hier fragt es sich, ob -die Raumverringerung nicht auf Kosten der Lebensdauer erkauft ist. - - Die Angaben, die man über die Lebensdauer der für Elektromobilbetrieb - bestimmten Batterien findet, widersprechen sich. Während ~Joly~ in dem - (a. S. 160) zitierten Aufsatze behauptet, daß der Bleiakkumulator - 3000-3500 Meilen leiste, die Edison-Zelle aber nur 2500 Meilen, - berechnet ~Kammerhoff~ (l. c. S. 152), daß die Lebensdauer des - Bleiakkumulators im günstigsten Falle 9750 Wagenkilometern und - diejenige einer um etwa 30% leistungsfähigeren Edison-Batterie 54000 - Wagenkilometern entspreche. Natürlich sind auch die Preise für die - Batterien in Rechnung zu setzen. Übernimmt die Fabrik gegen Zahlung - einer gewissen Summe, sei es pro Jahr oder sei es pro Wagenkilometer, - die volle Unterhaltung (inkl. Erneuerung der Platten), so spielt die - Lebensdauer für den Besitzer des Wagens keine Rolle, und es treten - dann die früher erörterten Faktoren um so mehr in den Vordergrund. - -Ein definitives Urteil über den Wert des Eisen-Nickel-Akkumulators kann -noch nicht gefällt werden; man muß berücksichtigen, daß er erst einige -Jahre alt ist, während der Bleiakkumulator auf eine etwa 25jährige -Vergangenheit zurückblicken kann, während deren an seiner -Vervollkommnung Tausende von Theoretikern und Praktikern gearbeitet -haben. Einstweilen kann der Edison-Akkumulator nur in einigen -beschränkten Anwendungsgebieten mit dem Bleiakkumulator erfolgreich -konkurrieren. - -Der ~Zink-Nickel-Sammler~ ist einstweilen nur von theoretischem -Interesse und soll nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden. Analog -wie die Nickelplatten des Edison-Akkumulators lassen sich Masseplatten -aus Zink herstellen. Der Masse wird Graphit und Pottasche zugesetzt, -ersterer verhindert, daß der bei der Ladung sich bildende Zinkschwamm -zusammensintert, die Pottasche löst sich, und es bilden sich Hohlräume, -die beim Quellen der Masse Platz gewähren. - - [113] E. T. Z. 1905 S. 301. - - [114] Letzteres ist für zweiwertiges Blei 103,2, für zweiwertiges - Nickel nur 29,3. - - [115] S.: A. ~Kammerhoff~. Der Edisonakkumulator. Berlin, 1910. - - [116] E. T. Z. 1905, S. 756. - - [117] Zeitschr. für Elektrochemie 1908, Nr. 21. - - [118] Zeitschr. für Elektrochemie 1906, S. 463 oder E. T. Z. 1906, S. - 999. - - [119] E. T. Z. 1905, S. 756. - - [120] Aus der aktiven Masse werden kleine Briketts von etwa 1 mm Dicke - hergestellt. - - [121] Siehe Elektrische Kraftbetriebe und Bahnen, 1910, Nr. 23 - (Kammerhoff) oder E. T. Z. 1910, S. 404. - - [122] Siehe The Electrical Times, 1910 (17. Nov.). - - [123] Man vergleiche die Vorschriften über Ladung, Entladung usw. - - [124] Für die neueste Type werden 30 Wattstunden pro 1 kg Totalgewicht - angegeben. Siehe E. T. Z. 1910, S. 404. - - [125] Ohne Holzkasten oder dgl. - - [126] Über die neueste Type (s. S. 159) liegt noch zu wenig - Beobachtungsmaterial vor. - - [127] E. T. Z. 1908, S. 1232. - - [128] Zentralblatt für Akkum. u. Galvanotechnik 1908, S. 49. - - - - -Neuntes Kapitel. - -Die Verwendung der Akkumulatoren. - - -Die Verwendung der Akkumulatoren ist eine so vielseitige, daß es ganz -ausgeschlossen ist, sie in diesem kleinen Werkchen auch nur einigermaßen -erschöpfend zu behandeln. - -1. Am wichtigsten ist die ~Verwendung~ der Akkumulatoren ~in -elektrischen Anlagen~. Wir beschränken uns hier auf den einfachsten -Fall, nämlich auf die ~Zweileiteranlage~, bei der die Batterie parallel -zur Dynamo geschaltet wird. Machen wir uns zunächst klar, welchen -~Nutzen~ die Verwendung ~der Akkumulatoren~ gewährt. Eine Lampe brennt -nur dann ruhig, wenn die Potentialdifferenz zwischen den -Zuleitungsdrähten konstant ist. Bei reinem Maschinenbetrieb ist es aber -ganz unmöglich, in einer Anlage mit stark schwankendem Konsum die -Klemmenspannung der Dynamo konstant zu halten[129]. Ist nun eine -Akkumulatorenbatterie parallel zur Dynamo geschaltet, so werden durch -sie die Schwankungen ausgeglichen, so daß die Lampen ein gleichmäßiges -Licht ausstrahlen. Ja, man kann, wenn man Akkumulatoren zu Hilfe nimmt, -Kraftmaschinen benutzen, die an und für sich nicht sehr regelmäßig -laufen, z. B. Wasserräder. Sodann ermöglichen die Akkumulatoren eine -ökonomische Ausnutzung der Maschinen. Bekanntlich nämlich arbeiten -Dampfmaschinen und Dynamos mit dem günstigsten Wirkungsgrade, wenn sie -voll belastet sind. Ist nun der Konsum gering, so kann die Dynamo Strom -an die Batterie abgeben; wird die Netzbelastung so groß, daß ~eine~ -Dynamo zu stark belastet sein würde und ~zwei~ zu schwach, so gibt die -Batterie so lange Strom ab, bis es sich lohnt, die zweite Dynamo in -Betrieb zu setzen. In den frühen Morgen- und späten Abendstunden ist die -Energieabgabe der Zentrale meistens so gering, daß eine Dynamomaschine -verhältnismäßig schwach belastet sein würde. Man überträgt dann der -Batterie die Stromlieferung. Hierdurch wird nicht nur eine nicht -unbedeutende Ersparnis an Betriebsmaterial, sondern auch eine einfachere -und billigere Bedienung ermöglicht. - -Bei kleineren Anlagen können die Akkumulatoren im Sommer die Speisung -der Lampen usw. eventuell ganz übernehmen. - -Die stete Bereitschaft der Akkumulatoren kann endlich unter Umständen -von großem Nutzen sein (Reparaturen an Maschinen usw.). Durch die -Batterie wird also die ~Betriebssicherheit~ bedeutend ~erhöht~, sie -bildet die letzte, aber durchaus zuverlässige Reserve. - -Der Umstand, daß sich die Spannung des Akkumulators sowohl während der -Entladung als auch besonders während der Ladung ändert, bedingt die -Anwendung eines besonderen Apparates, des ~Zellenschalters~. Da während -der Entladung die Klemmenspannung der Elemente langsam sinkt[130], so -muß man, wenn die Spannung in der Zentrale möglichst auf konstanter -Höhe gehalten werden soll, von Zeit zu Zeit eine der in der Reserve -stehenden Zellen zu den bereits an der Stromlieferung beteiligten -hinzuschalten. Bei 110 Volt z. B. genügen bei Beginn der Entladung etwa -55 Elemente, ist die Spannung jeder Zelle bis zu 1,97 Volt gesunken, so -fehlen ca. 1,8 Volt, so daß die Zelle Nr. 56 hinzugeschaltet werden -muß. Da man bis zu etwa 1,8 Volt entlädt, so sind 61 Zellen -erforderlich[131], von denen die 6 letzten als Schaltzellen dienen. -Diese werden natürlich nicht so stark beansprucht wie die Elemente 1 bis -55. Wird nun geladen, so fangen die Schaltzellen früher an zu gasen und -müssen abgeschaltet werden. - -[Illustration: Fig. 30.] - -Derjenige Apparat, der es ermöglicht, nach Bedarf Zellen ab- oder -hinzuzuschalten, ist der ~Zellenschalter~. Das Prinzip desselben soll an -der Hand der Fig. 30 erläutert werden. Die 6 letzten Zellen der Batterie -sind mit I, II bis VI bezeichnet und durch Drähte mit den Kontaktstücken -_c_₁ bis _c_₆ des Zellenschalters verbunden. Diese und ebenso der -drehbare Schleifkontakt _H_ sind auf einer gut isolierenden Unterlage -montiert. Die Nutzleitung ist mit dem positiven Pole der letzten Zelle -und mit dem Hebel verbunden. Befindet sich _H_ in der Lage _1_, so -fließt der Strom durch die Nutzleitung, die Lampen _L_, nach _a_, über -_c_₂ zum negativen Pole der Schaltzelle _II_. Die mit _III_ bis _VI_ -bezeichneten Elemente sind also an der Stromlieferung nicht beteiligt. -Dreht man _H_ in die Lage _2_, so sind alle Zellen eingeschaltet. - -Soll der Strom während des Hinzu- oder Abschaltens einer Zelle nicht -unterbrochen werden, so muß der Hebel _H_ den folgenden Kontakt schon -berühren, bevor er den vorhergehenden verläßt. - -Liegt nun _H_ beispielsweise zugleich auf _c_₂ und _c_₃, so ist die -Zelle _III_ kurz geschlossen; denn ihr positiver Pol ist durch die nach -_c_₂ und _c_₃ gehenden Verbindungsdrähte, durch den Hebel und die beiden -erwähnten Kontaktstücke mit dem negativen Pole verbunden. Durch den -Kurzschluß kann die Zelle Schaden leiden. Um den Übelstand zu -beseitigen, schaltet man zwischen die Kontaktstücke _c_₁, _c_₂ usw. -kleinere Kontaktstücke _a_, _b_, _c_ usw., die sogenannten -Zwischenkontakte, und verbindet, wie es aus der Fig. 31 zu ersehen ist, -die Zwischen- und die Hauptkontakte durch Widerstände _w_. Natürlich -darf jetzt der Schleifkontakt nicht so breit sein, daß er zwei -Hauptkontakte, z. B. _c_₁ und _c_₂, gleichzeitig berührt. - -[Illustration: Fig. 31.] - -Bei der durch unsere Figur angedeuteten Anordnung muß für jede -Schaltzelle ein besonderer Zwischenwiderstand vorgesehen werden. Man -kommt aber mit einem Zwischenwiderstand aus, wenn man den Schleifkontakt -_H_ (Fig. 30) der Länge nach halbiert und die gegeneinander isolierten -Hälften durch einen Widerstand (eine Drahtspirale) miteinander -verbindet. Die Zwischenkontakte _a_, _b_, _c_ usw. der Fig. 31 können -bei dieser jetzt meistens benutzten Anordnung in Wegfall kommen. Um aber -eine ganz ebene Schleiffläche für die Kontaktbürste zu erzielen, legt -man zwischen die Kontaktstücke Scheiben aus Glas oder Schiefer. - -[Illustration: Fig. 32.] - -Ein solcher Einfachzellenschalter ist in Fig. 32 abgebildet. - -~Schaltung.~ In Fig. 33 ist die Parallelschaltung mit -Einfachzellenschalter schematisch dargestellt. Die Batterie kann nicht -gleichzeitig Strom aufnehmen und abgeben. Während der Ladung hat die -Maschine _D_ eine höhere Spannung als die normale, die wir zu 110 Volt -annehmen wollen. Dem Zellenschalterhebel _h_ gibt man eine solche Lage, -daß die Spannung der zwischen ihm und dem Punkte _e_ liegenden Zellen -110 Volt beträgt, die Lampen _L_ also mit normaler Spannung brennen. Der -von der Maschine kommende Strom teilt sich an dem Schleifkontakte _h_ -des Zellenschalters; durch die Zellen, die rechts von dem Schalthebel -(zwischen _h_ und _d_) liegen, fließt also der ganze Maschinenstrom, -durch die anderen Elemente die Differenz zwischen diesem Strome und dem -durch die Lampen gehenden. Die zuerst erwähnten Zellen sind also früher -geladen (auch aus dem Grunde, weil sie bei der Entladung weniger stark -beansprucht wurden). Da sie aber nicht abgeschaltet werden können, so -müssen sie so lange Strom aufnehmen, bis die übrigen Zellen vollgeladen -sind. Dies hat zwei Nachteile; erstens ist hierdurch ein nicht -unbedeutender Arbeitsverlust bedingt, zweitens ist das jedesmalige -Überladen den Elementen schädlich. Daher ist der Betrieb mit -Doppelzellenschalter vorzuziehen. - -[Illustration: Fig. 33.] - -Die Anzahl der Schaltzellen ist bei der Schaltung nach Fig. 33 eine -große. Sind z. B. bei 110 Volt 61 Zellen vorhanden, und rechnen wir als -Endspannung einer Zelle bei der Ladung 2,75 Volt, so dürfen gegen Ende -der Ladung nur 110 : 2,75 = 40 Elemente mit dem Netze verbunden sein; es -müssen also 21 Zellen abschaltbar sein. - -Die Schaltung bei Verwendung eines ~Doppelzellenschalters~ ist in Fig. -34 dargestellt[132]. Der Betrieb gestaltet sich folgendermaßen: - -a) Die Batterie und die Dynamo _D_ geben Strom ab (Parallelbetrieb). -Der Hebel _v_ des Umschalters liegt auf dem Kontakte _2_, hat also -die in der Figur angedeutete Lage; der Entladehebel _c_₁ des -Doppelzellenschalters wird so lange gedreht, bis die Spannung der -zwischen _B_ und _c_₁ liegenden Zellen gleich ist der Klemmenspannung -der Maschine. Diese wird gemessen, wenn man den Hebel des -Voltmeterumschalters auf den mit _3_ bezeichneten oder auf den zur -Leitung _4_ (oder _5_) zugehörigen Kontakt legt[133]. Ob die Batterie -Strom abgibt oder aufnimmt, erkennt man an dem Stromrichtungszeiger _R_, -der aus einer durch den Strom abgelenkten Magnetnadel besteht. - -[Illustration: Fig. 34. - -_D_ = Dynamo, _E_ = Automatischer Schwachstromschalter, _B_ = -Bleisicherung, _A_₁, _A_₂ = Ampermeter, _V_ = Voltmeter, _R_ = -Stromrichtungsanzeiger.] - -b) ~Ladung.~ _v_ liegt auf _1_; die Meßleitung _5_ steht also jetzt mit -dem Ladehebel in Verbindung. Ehe die Maschine auf die Batterie -geschaltet wird, muß sie bis zu einer Spannung erregt werden, die etwas -höher ist als die Spannung der Batterie (siehe auch S. 94). Die -Maschinenspannung bei geöffnetem Stromkreise (der Schwachstromautomat -_E_ ist noch nicht eingeschaltet) wird gemessen, wenn man den Hebel des -Voltmeterumschalters auf den Kontakt der Leitung _4_ legt; die -Batteriespannung erhält man, wenn man _c_ auf das Kontaktstück der -letzten Zelle dreht und das Voltmeter mit der Leitung _5_ verbindet. Der -Maschinenstrom fließt durch die zwischen _c_ und _c_₁ liegenden Zellen -und teilt sich bei _c_₁, indem ein Teil durch den Entladehebel nach den -Lampen _L_, ein Teil durch die links von _c_₁ liegenden Zellen geht. -Natürlich muß _c_₁ so gedreht werden, daß die Spannung der zuletzt -erwähnten Elemente 110 Volt beträgt. - -~Feststellung der richtigen Type.~ Es ist von Wichtigkeit, daß man bei -einer solchen Anlage die richtige Akkumulatorentype wählt. Um diese zu -erhalten, bestimmt man die verlangte Leistung in Amp.-Stdn. -- sie sei -_Q_ -- und die höchste vorkommende Entladestromstärke. Der Akkumulator -muß so bemessen werden, daß er mit dem Strome _J_ beansprucht werden -darf und seine Kapazität auch bei Entladung mit dem Strome _J_ -mindestens gleich _Q_ ist[134]. Natürlich wählt man im Zweifel lieber -eine zu große Type. - -~Pufferbatterien.~ Batterien, die den Zweck haben, die Stöße, die durch -starke und schnell wechselnde Belastungsschwankungen auf die Maschinen -ausgeübt werden, von den letzteren fernzuhalten, nennt man -Pufferbatterien. Ihre Verwendung gewährt also den Vorteil, daß die -Belastung der Dynamo eine gleichmäßigere und daher ihre Lebensdauer und -ihr Wirkungsgrad höher sind; ferner wird die Betriebssicherheit erhöht. -Von Wichtigkeit ist auch, daß, wenn eine Pufferbatterie projektiert -wird, die Maschinenanlage nicht dem nur für kurze Zeit vorhandenen -maximalen Strome, sondern dem mittleren Konsume zu entsprechen braucht. -Besonders bei elektrischen Bahnanlagen finden solche Batterien -ausgedehnte Verwendung. Hier -- zumal bei kleiner Anzahl der Wagen -- -können größere Belastungsänderungen durch das Halten und Anfahren der -Wagen und durch stärkere Steigungen verursacht werden. Die -Pufferbatterie soll, wenn die Klemmenspannung der Dynamo, mit der sie -parallel geschaltet ist, bei stärkerer Zunahme der Netzstromstärke _J_ -abzufallen beginnt (Ankerrückwirkung), Strom in die Leitung schicken und -Strom aufnehmen, wenn _J_ unter den normalen Betrag sinkt. Könnte die -Batterie ihre Aufgabe in vollkommener Weise erfüllen, so würden Dynamo -und Dampfmaschine stets gleichmäßig belastet sein und mit dem -günstigsten Wirkungsgrade arbeiten. - -Soll die Batterie nur die Belastungsschwankungen ausgleichen, so gibt -sie im Laufe eines Tages ungefähr so viel Strom ab, wie ihr zugeführt -wird; wählt man die Batterie so groß, daß sie im Notfalle eine oder -mehrere Maschinengruppen vertreten kann, oder regelmäßig bei schwachem -Konsume den Strombedarf deckt, so wird sie zur ~Kapazitätsbatterie~. - -Das Verhalten einer Pufferbatterie während des Betriebes erfordert ein -eingehendes Studium, da eine ganze Reihe von Momenten zu berücksichtigen -ist; hier können nur einige Andeutungen Platz finden. Daß die Dynamo mit -konstantem Strome arbeitet, ist ganz ausgeschlossen. Denn wenn das der -Fall wäre, so wäre ihre Klemmenspannung ebenfalls konstant, und dann -könnte die Batterie weder Strom aufnehmen noch Strom abgeben. Die -Spannung der Dynamo ~muß~ sich also mit der Belastung ändern. Wenn z. B. -der Verbrauchsstrom wächst, so muß zunächst die Klemmenspannung der -Dynamo abfallen, diese aber sinkt erst dann, wenn die Maschine einen -stärkeren Strom abgibt[135]. - -Die Pufferwirkung ist, was die Batterie anbelangt, abhängig von dem -Spannungsabfall bei Stromabgabe und von dem Spannungsanstieg bei -Stromzufuhr, und zwar nicht nur dem dem inneren Widerstande -entsprechenden, sondern vor allem dem durch die Änderung der -elektromotorischen Kraft verursachten. Dieser letztere Teil hängt von -der Stromdichte und der Geschwindigkeit ab, mit der sich die -Konzentration der Säure in den Poren der wirksamen Masse ändert, also -von der Plattenkonstruktion und von der Porosität der aktiven Masse. -Auch die Dauer der Entladung und der Ladezustand der Zellen spielen eine -Rolle. Eine Zelle, die fast bis zur Gasentwicklung geladen ist, verhält -sich, wenn man zur Entladung übergeht, anders wie eine Zelle, die nahezu -erschöpft ist[136]. Bei größerer Stromaufnahme steigt die -Klemmenspannung eines ~Akkumulators~ schnell, mag das Element fast -entladen oder nahezu voll geladen sein (man vergleiche die Kurve Fig. 35 -mit derjenigen in Fig. 7 a. S. 81). - -[Illustration: Fig. 35.] - - Am ungünstigsten dürften die Verhältnisse liegen, wenn sich an eine - Periode schwachen Konsums, in der die Batterie Strom aufnimmt, sofort - eine Periode stärkeren Stromverbrauchs, verbunden mit Stromabgabe - seitens der Batterie, anschließt; denn es wird dann in ganz kurzer - Zeit auch bei geringer Stromabgabe die Zellenspannung stark abfallen. - -Soll die Batterie dauernd ihre Kapazität behalten, so muß sie in jeder -Woche (nach den Vorschriften der Akkum. Fabr. Akt.-Ges.) zweimal -mindestens mit ihrer halben Kapazität beansprucht werden, außerdem muß -sie täglich bis zu 2,75 Volt pro Zelle geladen werden. Sieht man von -dieser umständlichen Behandlung ab, so erfolgt geringe Sulfatierung, die -Batterie wird dann in irgend einem Bedarfsfalle nicht die volle -Kapazität abzugeben in der Lage sein, jedoch immer noch allen -praktischen Anforderungen gerecht werden. - -Die Entladung darf mit der der einstündigen Beanspruchung entsprechenden -Stromstärke geschehen. Die Kapazitäts-Batterie soll möglichst oft zur -Arbeitsleistung herangezogen werden und täglich morgens vor Beginn des -Maschinenbetriebes und abends nach Stillsetzen der Maschinen zur -Stromabgabe benutzt werden. - -Um die Pufferwirkung, die an und für sich wegen der schnellen -Änderungen der elektromotorischen Kraft nicht in befriedigender Weise -erfolgt, zu erhöhen, hat man besondere Schaltungen ersonnen. Eine -häufig angewandte Anordnung besteht in der Verwendung der ~Piranischen -Pufferzusatzmaschine~. Diese wird durch einen Elektromotor angetrieben -und hat 2 Magnetwicklungen. Die eine, mit hohem Widerstande, ist mit den -Polen der Akkumulatorenbatterie verbunden, die zweite, von geringem -Widerstand, ist einem vom Netzstrome durchflossenen Widerstande parallel -geschaltet. Die beiden Ströme wirken im entgegengesetzten Sinne -magnetisierend. Der normale Netzstrom sei J und der augenblickliche J¹. -Ist J = J¹, so heben sich die beiden Erregerströme auf, die -Zusatzmaschine entwickelt keine Spannung, und der Akkumulator gibt -keinen Strom ab. Ist J¹>J, so hat die Maschine eine Spannung, die sich -zu derjenigen der Batterie addiert, so daß sie Strom abgibt, etc. - -Auch bei ~Drehstrom~ gelangen Akkumulatorenbatterien zum Puffern -zuweilen zur Anwendung[137]. Man kann an das Netz einen Motorgenerator, -d. h. einen Drehstrommotor, der eine Gleichstrommaschine antreibt, oder -einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer anschließen. Die Gleichstromseite -ist mit einer Batterie parallel geschaltet. Wenn nun in der Zentrale die -Umdrehungszahl der Drehstromdynamo sinkt, so sinkt auch diejenige des -Motors bezw. Umformers, die Gleichstrommaschine hat niedrige Spannung -und die Batterie gibt Strom ab. Der Umformer wird durch Gleichstrom -angetrieben und wirkt als Drehstromgenerator, d. h. er gibt Strom an das -Netz ab. Umgekehrt nimmt die Batterie Strom auf, wenn sich die -Umdrehungszahl der Motordynamo erhöht. Die Anordnung ist besonders dann -am Platze, wenn der Kraftbedarf sehr stark schwankt, wie es z. B. bei -Fördermaschinen in Bergwerken der Fall ist. - -~Umwandlung der Spannung.~ Bei großen elektrischen Anlagen benutzt man -zuweilen auch Akkumulatorenbatterien, um die hohe Netzspannung in -niedrigere Gebrauchsspannung umzuwandeln. Nehmen wir z. B. an, daß man -Bahnstrom von 600 Volt einer an der Bahnstrecke gelegenen Gemeinde für -die Speisung von Lampen von 110 Volt zuführen will. Man kann dann an dem -betreffenden Orte etwa 220 Zellen, die in Reihe geschaltet sind, durch -den Bahnstrom direkt oder durch eine Motordynamo laden, die durch den -Bahnstrom angetrieben wird. Bei der Entladung bildet man aus der großen -Batterie Gruppen, die parallel geschaltet werden. - -~Akkumulatorenwagen~ für Bahnbetrieb. In den letzten Jahren sind wieder -vielfach Versuche mit Akkumulatoren-Triebwagen gemacht worden. Diese -sollen dem Zwecke dienen, auf Haupt- und Nebenbahnen, wo ein genügendes -Bedürfnis vorhanden ist, einen Zwischenverkehr neben den großen -durchgehenden Hauptzügen zu ermöglichen (Vorortverkehr, Anschluß an -Stationen, wo Schnellzüge halten usw.). Nach dem Entwurf des Geheimen -Baurats ~Wittfeld~ sind für die preußischen Staatsbahnen -Akkumulatoren-Doppelwagen[138] ausgeführt worden. Ein solcher besteht -aus zwei kurzgekuppelten zweiachsigen Einzelwagen, von denen jeder in -einem Vorbau mit einer Achse eine Akkumulatorenbatterie enthält. Diese -besteht aus 168 Zellen mit 368 Amp.-Stdn. Kapazität. Die Wagen können -ca. 100 km mit voller Belastung zurücklegen. Lötverbindungen sind -vermieden, so daß man die einzelnen Teile (Hartgummikästen) leicht -herausnehmen kann (Akk.-Fabrik, Akt.-Ges.). Auf pfälzischen Bahnen sind -seit längerer Zeit mit Akkumulatorenwagen so günstige Erfahrungen -gemacht worden, daß eine größere Anzahl von Wagen in Auftrag gegeben -wurde. - -~Elektromobile.~ An die Batterien für Elektromobile werden besondere -Anforderungen gestellt: Möglichst geringes Gewicht pro Einheit der -Leistung, ohne daß die Lebensdauer zu sehr herabgesetzt wird (siehe S. -164), große Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Erschütterungen, die -während der Fahrt oft recht stark sein können, Unempfindlichkeit gegen -Überlastungen (Anfahren etc.), möglichst geringe Raumbeanspruchung. Für -jede Tonne Gewicht, das zu bewegen ist, ist eine gewisse Zugkraft nötig -(13-30 kg), die man als Traktionskoeffizient bezeichnet. Dieser hängt -von verschiedenen Umständen ab: von der Bereifung (Vollgummi, Pneumatik, -Eisen), von dem Totalgewichte selbst, vor allem von der Beschaffenheit -und dem Zustande der Straßen. Ein Personen-Elektromobil erfordert etwa 3 -PS. bei 20 km Geschwindigkeit einschl. Energie-Verlust im Motor und -Kontroller, der durchschnittlich etwa 25% beträgt. Da schon geringe -Steigungen recht hohe Anforderungen an die Batterie stellen, so sind in -bergischen Gegenden Elektromobile nicht am Platze. Sie kommen -einstweilen nur für Städte in Frage. (Näheres siehe ~Kammerhoff~ l. c. -S. 116, ferner seien hervorgehoben die Arbeiten von E. ~Sieg~ in der E. -T. Z. 1905, S. 311 und in E. T. Z. 1906, S. 1017.) - - ~Sieg~ weist nach, daß der Akkumulator für Elektromobile pro 1 kg - Gewicht mindestens 30 Wattstunden leisten muß, wenn er bei den - üblichen Geschwindigkeiten von 25-30 km in der Stunde die geringsten - Betriebskosten fordern soll. Die Platten werden in der früher - beschriebenen Weise durch gewellte Hartgummischeiben oder - Holzbrettchen gegeneinander isoliert. Die übliche Zellenzahl ist - 40-44, entsprechend 110 Volt Endspannung bei der Ladung. Die - Akkumulatoren werden in Holzkästen untergebracht. Der Antrieb erfolgt - am besten durch die Vorderräder; die Motoren werden entweder - unmittelbar mit dem Rade gekuppelt oder in dieses eingebaut, oder man - kann den Motor durch Zahnradübersetzung auf die Räder wirken lassen. - -Auch bei Automobilen mit Benzinmotoren finden Akkumulatoren Anwendung -und zwar für die Beleuchtung, die elektrische Huppe, als Zünderzellen -etc. - -Im ~Telegraphenbetrieb~ sind die Akkumulatoren besonders dann den -Primärelementen überlegen, wenn es sich um den Betrieb langer -Kabelleitungen handelt. Bei diesen spielt die elektrostatische Kapazität -eine wichtige Rolle. Bei jedem Zeichen nämlich, das telegraphiert wird, -d. h. bei jedem Stromschluß, muß das Kabel zunächst durch die -Stromquelle geladen werden; die Ladung verläuft aber umso schneller, je -kleiner der innere Widerstand der Batterie ist. Durch Verwendung von -Akkumulatoren wird somit die Telegraphiergeschwindigkeit vergrößert. Bei -vielen Ämtern werden seit Jahren Sammler von 14 Amp.-Stdn. Kapazität -verwendet, die entweder aus Kupferelementen oder aus dem Netz des -Elektrizitätswerkes geladen werden. - -Im ~Telephonbetrieb~ haben sich Akkumulatoren als Stromquellen -für die Vermittlungsämter und bei dem Vielfachsystem mit -Zentralbatteriebetrieb[139] gut bewährt. Dagegen scheinen ausgedehnte -Probeversuche, den Akkumulator als Stromquelle für die Mikrophone bei -den einzelnen Sprechstellen zu verwenden, nicht zu einem befriedigenden -Resultate geführt zu haben, indem die wegen des Mangels einer -- kaum -durchzuführenden -- genügenden Überwachung der einzelnen Elemente häufig -vorkommende Sulfatierung der Platten und die damit verbundene -Schwierigkeit der Ladung große Unterhaltungskosten verursachen[140]. - - Am besten dürften sich für Telephonbetrieb Akkumulatoren mit - Masseplatten bezw. Faureplatten eignen, da bei diesen die - Selbstentladung während der Ruhepausen geringer ist als bei - Großoberflächenplatten und daher auch die Gefahr, daß Sulfatierung - erfolgt (s. S. 111). - -Sogenannte ~Kleinakkumulatoren~ finden zahlreiche Verwendungen, von -denen noch folgende hervorgehoben seien: Beleuchtung von Lampen in -Wagen, tragbare Lampen (Taschenlampen, Handlampen), Beleuchtung von -Treppen, Antrieb von kleinen Ventilatoren usw. - -~Verwendung der Akkumulatoren im Laboratorium~ (Lehrzwecke, -therapeutische Zwecke etc.). Bei sachgemäßer Behandlung bilden die -Akkumulatoren eine Stromquelle, die allen Anforderungen in bester Weise -genügt; sie sind stets betriebsbereit, die Bedienung und Kosten sind im -Vergleich zu Primärelementen außerordentlich gering, man kann längere -Zeit nahezu konstanten und starken Strom entnehmen. Versagt ein -Akkumulator frühzeitig, so ist der Grund fast immer in Fehlern zu -suchen, die bei der Behandlung gemacht worden sind; vor allem wird oft -gegen die Vorschriften gesündigt, daß eine gewisse Stromstärke bei der -Entladung nicht überschritten werden darf, daß die Entladung nur bis zu -einem gewissen Punkte getrieben werden darf und daß zwischen Entladung -und Ladung nur eine kurze Zeit liegen soll. - -Am besten werden Glaszellen verwendet, damit man das Innere besichtigen -kann. Werden die Elemente bald hier, bald dort verwendet, so stellt man -sie in mit Griffen oder Tragriemen versehene Holzkästen, deren Höhe etwa -⅔ der Höhe der Zelle beträgt, oder bei denen die Vorder- und Hinterwand -zum Teil herausgenommen sind, wie es die Fig. 36 zeigt. - -[Illustration: Fig. 36.] - -Damit man die Spannung leicht ändern kann, befestigt man an einer Seite -des Kastens ein Schaltbrettchen, dessen Kontaktstücke mit den Polen der -einzelnen Zellen verbunden sind. Durch Stöpsel, die man in die zwischen -den Kontaktstücken befindlichen Löcher schiebt, kann man die Schaltungen -vornehmen, z. B. kann man bei 4 Zellen auf 2, 4 und 8 Volt schalten. Zu -beachten ist, daß man nicht durch falsche Stöpselung Kurzschluß -herstellt. Bequemer ist die Verwendung eines ~Pachytrops~, einer -Einrichtung, bei der die verschiedenen Schaltungen durch Drehen einer -Walze oder eines Rades vorgenommen werden; die Herstellung von -Kurzschluß ist ausgeschlossen. In Fig. 37 ist eine Batterie aus 12 -Elementen, wie sie von ~Kohl~ in Chemnitz in den Handel gebracht wird, -abgebildet. Die auf der Pachytropwalze schleifenden federnden -Kontaktstreifen sind mit den Polen der Elemente durch Drähte verbunden, -die durch Klemmen festgehalten werden, so daß man jedes einzelne -Element zwecks Besichtigung leicht aus dem Kasten heben kann. - -[Illustration: Fig. 37.] - -Für kleine Batterien, die nur selten ganz entladen werden, sind -Faure-Platten (als positive und negative) den Großoberflächenplatten -vorzuziehen, da bei ersteren die Selbstentladung und daher auch die -Gefahr, daß Sulfatierung eintritt, geringer ist als bei letzteren. Zu -beachten ist auch, daß die Zellen zuweilen ganz entladen werden müssen -(s. Kap. 7). Werden die Akkumulatoren oft transportiert, so fällt leicht -aktive Masse heraus, durch die ein Kurzschluß bewirkt werden kann. Es -empfiehlt sich daher, bei solchen Zellen den Plattenabstand reichlich -groß zu wählen. - -Für viele Untersuchungen, z. B. über die Bewegung der Elektrizität durch -Gase, sind ~Hochspannungsbatterien~ die besten Stromquellen, weil sie -bei der geringen erforderlichen Stromstärke den Elektroden der Röhre -lange Zeit konstante Spannung zuführen. Größere Verbreitung hat die -Hochspannungsbatterie nach ~Feußner~[141] gefunden. In einem auf Rollen -laufenden starken Eichenschrank befinden sich 500 kleine Elemente mit je -einer positiven und einer negativen Elektrode. Als Glasgefäß dienen -Pulverflaschen. Damit keine Säure herauskriechen und Nebenschlüsse -herstellen kann, werden die Gläser mit einer Harzschicht luftdicht -zugegossen; für die bei der Ladung auftretenden Gase wird ein besonderer -Austrittsweg (Glasröhrchen) vorgesehen. Die die einzelnen Gruppen (25 -Elemente) tragenden Bretter ruhen auf 4 Porzellanglocken. Zwei -Schaltleisten aus Hartgummi mit Hartgummigriffen gestatten mit einem -Handgriff Parallelschaltung der Batterie zur Ladung mit 125 Volt oder -Hintereinanderschaltung auf 1000 Volt vorzunehmen. Die Kapazität beträgt -ca. 1 Amperstunde bei 0,1 Amp. Entladestrom. - - * * * * * - -Am Schlusse dieses Kapitels sei noch hervorgehoben, daß der -Bleiakkumulator selbst ein interessantes Versuchsobjekt ist. Es seien -folgende Versuche und Arbeiten erwähnt: Änderung der elektromot. Kraft -am Anfang und gegen Ende der Ladung und Entladung, Bestimmung der -Kapazität, Abhängigkeit der Kapazität von der Säuredichte, Ermittelung -des Wirkungsgrades und des Nutzeffektes, Änderung der elektromot. Kraft -mit der Säuredichte und der Temperatur (s. S. 42). Bei verschiedenen -dieser Arbeiten muß eine genaue ~Messung der elektrom. Kraft~ -vorgenommen werden. Dieser wichtigen Aufgabe sollen noch einige Worte -gewidmet werden. In den meisten Fällen erhält man die gesuchte Größe mit -hinreichender Genauigkeit, wenn man die Klemmen des nicht belasteten -Akkumulators mit einem empfindlichen Voltmeter für kleine Spannungen -verbindet. Da aber solche Voltmeter einen Strom von 1/20-1/10 Amp. -verbrauchen, so macht sich bei kleinen Zellen schon die -Konzentrationspolarisation bemerkbar. Am einwandfreiesten ist die -~Kompensationsmethode nach Poggendorff~, bei der die elektromot. Kraft -bestimmt wird, ohne daß die Zelle Strom abgibt. Das Prinzip dieser -Methode ist folgendes: Es sei _B_ in Fig. 38 eine Batterie von 2 kleinen -Akkumulatoren, _W_ ein Widerstand von 4000 Ohm, _a c_ ein Widerstand von -6000 Ohm, _X_ ein Normalelement, dessen elektromotorische Kraft E_{n} -man genau kennt. Die Batterie gibt, wenn die Gleichgewichtsbedingung -erfüllt ist, d. h. wenn durch den Nebenkreis _a X G d_ kein Strom -fließt, einen Strom von E/10000 Amp. ab, wo E ihre elektrom. Kraft ist. -Mithin beläuft sich der Spannungsverlust in _a c_ auf 6000.E/10000 = -0,6.E Volt (angenähert auf 2,4 Volt). Da auf jeden Fall die elektrom. -Kraft des Normalelementes kleiner ist als 0,6.E, so gibt es zwischen _a_ -und _c_ einen Punkt _d_, so daß der dem Batteriestrom entsprechende -Spannungsabfall von _a_ bis _d_ gleich E_{n} ist. Hat man diesen Punkt -gefunden, so fließt durch das Galvanoskop _G_ kein Strom. Der Widerstand -zwischen _a_ und _d_ betrage W_{n} Ohm, dann ist E_{n} = W_{n}.E/10000 -Volt. - -[Illustration: Fig. 38.] - -Jetzt wird das Normalelement durch den Akkumulator ersetzt, dessen -elektrom. Kraft man messen will, und man sucht wieder einen Punkt -zwischen _a_ und _c_ so, daß _G_ stromlos ist; dieser sei _d′_. Der -Widerstand in _a d′_ betrage _W′_ Ohm, damit ist X = W′.E/10000. -Dividiert man diese Gleichung durch die vorige, so ergibt sich X = -E_{n}.W′/W_{n}. - -In Wirklichkeit wird _G_ mit _C_ verbunden und man variiert die -Potentialdifferenz zwischen _a_ und _c_. Zu diesem Zwecke ersetzt man -den Widerstand _a c_ durch einen Stöpselrheostaten und ändert diesen so -lange, bis durch _G_ kein Strom fließt. Selbstverständlich müssen jetzt -die vorigen Gleichungen etwas umgeändert werden. - -Zwischen den Punkten _a_ und _c_ muß ein großer Widerstand liegen, damit -es ausgeschlossen ist, daß das Normalelement einen stärkeren Strom -abgibt. Solche Elemente dürfen nämlich nur mit ganz schwachem Strome -(etwa 0,0001 Amp.) beansprucht werden. Dadurch, daß man auch für _W_ -einen Widerstand von mehreren tausend Ohm wählt, erreicht man, daß der -Spannungsabfall in _a c_ der zu messenden elektrom. Kraft nahe kommt und -daß, bevor die elektrom. Kraft E_{n} kompensiert ist, nur ein ganz -schwacher Strom in das Element gelangen kann. - - [129] Von dem Spannungsverluste in dem Netze wird abgesehen. - - [130] Auch ist die Klemmenspannung von der Stromdichte abhängig. Diese - Änderung wird im Folgenden der Einfachheit halber nicht - berücksichtigt. - - [131] In Wirklichkeit ist die Zahl etwas größer, da der - Spannungsverlust in der Leitung gedeckt werden muß. - - [132] In der schematischen Figur ist angenommen, daß die beiden - Zellenschalter getrennte Apparate sind, so daß für jede Schaltzelle - zwei Verbindungsleitungen nötig sind. In Wirklichkeit werden die - beiden Zellenschalter zu einem Apparate vereinigt; sie haben - gemeinsame Kontaktstücke, auf denen die beiden Hebel schleifen. Man - nennt einen solchen Apparat ~Doppelzellenschalter~. - - [133] Ist die Maschine abgeschaltet, so wird durch das Voltmeter bei - der gezeichneten Stellung der Hebel die Spannung der an der - Stromlieferung beteiligten Elemente gemessen. - - [134] Das von ~Peukert~ (E. T. Z. 1907, S. 705) angegebene Verfahren - dürfte nur in vereinzelten Fällen anwendbar sein. - - [135] Mit der Frage, in welchem Umfange die Dynamo an den - Belastungsschwankungen beteiligt ist, hat sich ~Brandt~ beschäftigt. - Siehe E. T. Z. 1899, S. 730. - - [136] Nach ~Brandt~ (l. c.) ist die Pufferwirkung am günstigsten, wenn - die Zellenspannung 2,07 Volt beträgt. - - [137] E. T. Z. 1906, S. 314. - - [138] E. T. Z. 1908, S. 89 u. S. 943, ebendaselbst 1910, S. 272. - - [139] Bei diesem System werden die einzelnen Sprechstellen vom - Vermittlungsamte aus über die Anschlußleitungen mit Strom versorgt. - - [140] Näheres siehe E. T. Z. 1904, S. 838. - - [141] E. T. Z. 1899 S. 632. - - - - -_Otto Wigand, Verlagsbuchhandlung m.b.H., Leipzig_ - - - RITTERS - GEOGRAPHISCH- - STATISTISCHES - LEXIKON - - über die Erdteile, Länder, Meere, Häfen, Seen, - Flüsse, Inseln, Gebirge, Staaten, Städte, - Flecken, Dörfer, Bäder, Kanäle, Eisenbahnen, - Post- und Telegraphenämter u.s.w. - -Ein Nachschlagewerk über jeden geographischen Namen der Erde von -irgendwelcher Bedeutung für den Weltverkehr - - Neunte, revidierte Auflage 1910 - Zwei Halbleder-Bände M. 50.-- - -[Illustration] - -Das hinsichtlich seiner Reichhaltigkeit und Genauigkeit nicht zu -übertreffende Werk enthält in etwa 400 000 Artikeln auf 2700 Seiten alle -wichtigen geographischen und statistischen Notizen, alle Postämter, -Telegraphenämter, Land- und Seeverbindungswege, Gerichtsbehörden, -Import, Export, Handelsstatistiken u.s.w. 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IX. Induktionserscheinungen. -X. Wechselströme. XI. Dynamomaschinen. XII. Elektromotoren. XIII. -Transformatoren und Umformer. XIV. Grundbegriffe der Elektrochemie, -Theorie der galvanischen Elemente und der Elektrolyse. XV. Anwendungen -der Elektrochemie. XVI. Elektrizität in Gasen. XVII. Elektrische -Schwingungen und elektromagnetische Wellen, Funkentelegraphie. XVIII. -Elektromagnetische Telegraphie und Telephonie. XIX. Elektrische -Kraftübertragung und elektrische Beleuchtung. XX. Thermoelektrizität. -XXI. Elektrische Meßinstrumente. Anhang: Das absolute Maßsystem. - - -Verlag von R. Oldenbourg, München u. Berlin - -_=Die Elektrotechnik.=_ (Band II der „Illustrierten Technischen -Wörterbücher in sechs Sprachen‟: Deutsch, Englisch, Französisch, -Russisch, Italienisch, Spanisch.) Bearbeitet von =Alfred Schlomann=, -Ingenieur. 2112 Seiten mit etwa 4000 Abbild. und zahlreichen Formeln, -etwa 15 000 Worte in jeder der 6 Sprachen enthaltend. In Lwd. gebd. -Preis M. =25.--=. - -_=Deutscher Kalender für Elektrotechniker.=_ Begründet von =F. -Uppenborn=. In neuer Bearbeitung herausgegeben von =G. Dettmar=, -Generalsekretär des Verbandes Deutscher Elektrotechniker. Zwei Teile, -wovon der erste Teil in Brieftaschenform (Leder) gebd. Erscheint -alljährl. Preis M. =5.--=. - -_=Lehrgang der Schaltungsschemata elektrischer Starkstromanlagen.=_ -Unter Mitwirkung seines Assistenten Diplom-Ingenieur =W. Fels= -herausgegeben von Professor Dr. =J. Teichmüller=, Karlsruhe. - - I. Teil: =Schaltungsschemata für Gleichstromanlagen=. 25 - lithographische Tafeln und 103 Seiten Text. In Leinwand gebunden Preis - M. =10.--=. - - II. Teil: =Schaltungsschemata für Wechselstromanlagen=. 28 - lithographische Tafeln mit 170 Seiten Text. In Leinwand gebunden Preis - M. =12.--=. - - Ausführliche Prospekte über obige sowie andere neue elektrotechnische - Werke stehen kostenlos zur Verfügung. - - Druck: Otto Wigand m. b. H., Leipzig. - - - - -Anmerkungen zur Transkription - - - Die Inkonsistenzen im Originalwerk sind beibehalten worden. - - Seite 37, 2), 3) usw.: die Nummer 1) fehlt im Originalwerk. - - Seite 165, Fußnote [128]: auf der Seite 165 des Originalwerkes gibt es - keine Fußnotenzeichen; das Zeichen fehlt deshalb auch in diesem Text. - - - Durchgeführte Änderungen und Verbesserungen - - Klare Fehler in Rechtschreibung, Interpunktion usw. sind - stillschweigend korrigiert worden. - - Einige Tabellen sind umgeordnet worden. - - In chemische Formel, Prozente, usw. wurden eventuelle Leerzeichen - entfernt. - - Seite Original Korrigiert - - Seite 5 van’t Hoff van ’t Hoff - Seite 12, - Gleichung (4) HSO′_{4} HSO_{4}′ - Seite 32 2OH′ + 2⊕ = 2OH 2OH′ + 20⊕ = 2OH - Seite 55 Umkehrung von 10 Umkehrung von I, 10 - Umkehrung von 9 Umkehrung von I, 9 - Seite 83 voraufgegangenen vorausgegangenen - Seite 119 heransgespült herausgespült - Seite 141 Beaumé Baumé - Seite 154 Deutsche Edison- Deutsche Edison- - Akkumulatoren-Compagny Akkumulatoren-Company - Seite 186 _a x G d_ _a X G d_ - - - - - -End of the Project Gutenberg EBook of Die Akkumulatoren, by Willibald Bermbach - -*** END OF THIS PROJECT GUTENBERG EBOOK DIE AKKUMULATOREN *** - -***** This file should be named 51638-0.txt or 51638-0.zip ***** -This and all associated files of various formats will be found in: - http://www.gutenberg.org/5/1/6/3/51638/ - -Produced by Peter Becker, Harry Lamé and the Online -Distributed Proofreading Team at http://www.pgdp.net - -Updated editions will replace the previous one--the old editions will -be renamed. - -Creating the works from print editions not protected by U.S. copyright -law means that no one owns a United States copyright in these works, -so the Foundation (and you!) can copy and distribute it in the United -States without permission and without paying copyright -royalties. 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Redistribution is subject to the -trademark license, especially commercial redistribution. - -START: FULL LICENSE - -THE FULL PROJECT GUTENBERG LICENSE -PLEASE READ THIS BEFORE YOU DISTRIBUTE OR USE THIS WORK - -To protect the Project Gutenberg-tm mission of promoting the free -distribution of electronic works, by using or distributing this work -(or any other work associated in any way with the phrase "Project -Gutenberg"), you agree to comply with all the terms of the Full -Project Gutenberg-tm License available with this file or online at -www.gutenberg.org/license. - -Section 1. General Terms of Use and Redistributing Project -Gutenberg-tm electronic works - -1.A. By reading or using any part of this Project Gutenberg-tm -electronic work, you indicate that you have read, understand, agree to -and accept all the terms of this license and intellectual property -(trademark/copyright) agreement. 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It -exists because of the efforts of hundreds of volunteers and donations -from people in all walks of life. - -Volunteers and financial support to provide volunteers with the -assistance they need are critical to reaching Project Gutenberg-tm's -goals and ensuring that the Project Gutenberg-tm collection will -remain freely available for generations to come. In 2001, the Project -Gutenberg Literary Archive Foundation was created to provide a secure -and permanent future for Project Gutenberg-tm and future -generations. To learn more about the Project Gutenberg Literary -Archive Foundation and how your efforts and donations can help, see -Sections 3 and 4 and the Foundation information page at -www.gutenberg.org - - - -Section 3. Information about the Project Gutenberg Literary Archive Foundation - -The Project Gutenberg Literary Archive Foundation is a non profit -501(c)(3) educational corporation organized under the laws of the -state of Mississippi and granted tax exempt status by the Internal -Revenue Service. The Foundation's EIN or federal tax identification -number is 64-6221541. Contributions to the Project Gutenberg Literary -Archive Foundation are tax deductible to the full extent permitted by -U.S. federal laws and your state's laws. - -The Foundation's principal office is in Fairbanks, Alaska, with the -mailing address: PO Box 750175, Fairbanks, AK 99775, but its -volunteers and employees are scattered throughout numerous -locations. Its business office is located at 809 North 1500 West, Salt -Lake City, UT 84116, (801) 596-1887. Email contact links and up to -date contact information can be found at the Foundation's web site and -official page at www.gutenberg.org/contact - -For additional contact information: - - Dr. Gregory B. Newby - Chief Executive and Director - gbnewby@pglaf.org - -Section 4. Information about Donations to the Project Gutenberg -Literary Archive Foundation - -Project Gutenberg-tm depends upon and cannot survive without wide -spread public support and donations to carry out its mission of -increasing the number of public domain and licensed works that can be -freely distributed in machine readable form accessible by the widest -array of equipment including outdated equipment. Many small donations -($1 to $5,000) are particularly important to maintaining tax exempt -status with the IRS. - -The Foundation is committed to complying with the laws regulating -charities and charitable donations in all 50 states of the United -States. Compliance requirements are not uniform and it takes a -considerable effort, much paperwork and many fees to meet and keep up -with these requirements. We do not solicit donations in locations -where we have not received written confirmation of compliance. To SEND -DONATIONS or determine the status of compliance for any particular -state visit www.gutenberg.org/donate - -While we cannot and do not solicit contributions from states where we -have not met the solicitation requirements, we know of no prohibition -against accepting unsolicited donations from donors in such states who -approach us with offers to donate. - -International donations are gratefully accepted, but we cannot make -any statements concerning tax treatment of donations received from -outside the United States. U.S. laws alone swamp our small staff. - -Please check the Project Gutenberg Web pages for current donation -methods and addresses. Donations are accepted in a number of other -ways including checks, online payments and credit card donations. To -donate, please visit: www.gutenberg.org/donate - -Section 5. General Information About Project Gutenberg-tm electronic works. - -Professor Michael S. Hart was the originator of the Project -Gutenberg-tm concept of a library of electronic works that could be -freely shared with anyone. For forty years, he produced and -distributed Project Gutenberg-tm eBooks with only a loose network of -volunteer support. - -Project Gutenberg-tm eBooks are often created from several printed -editions, all of which are confirmed as not protected by copyright in -the U.S. unless a copyright notice is included. Thus, we do not -necessarily keep eBooks in compliance with any particular paper -edition. - -Most people start at our Web site which has the main PG search -facility: www.gutenberg.org - -This Web site includes information about Project Gutenberg-tm, -including how to make donations to the Project Gutenberg Literary -Archive Foundation, how to help produce our new eBooks, and how to -subscribe to our email newsletter to hear about new eBooks. - diff --git a/old/51638-0.zip b/old/51638-0.zip Binary files differdeleted file mode 100644 index 7455e1d..0000000 --- a/old/51638-0.zip +++ /dev/null diff --git a/old/51638-h.zip b/old/51638-h.zip Binary files differdeleted file mode 100644 index fa637df..0000000 --- a/old/51638-h.zip +++ /dev/null diff --git a/old/51638-h/51638-h.htm b/old/51638-h/51638-h.htm deleted file mode 100644 index a7cb546..0000000 --- a/old/51638-h/51638-h.htm +++ /dev/null @@ -1,9134 +0,0 @@ -<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN" - "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd"> -<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="de" lang="de"> - <head> - <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html;charset=iso-8859-1" /> - <meta http-equiv="Content-Style-Type" content="text/css" /> - <title> - The Project Gutenberg eBook of Die Akkumulatoren, ihre Theorie, Herstellung, Behandlung und Verwendung, by W. 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You may copy it, give it away or re-use it under the terms of -the Project Gutenberg License included with this eBook or online at -www.gutenberg.org. If you are not located in the United States, you'll have -to check the laws of the country where you are located before using this ebook. - -Title: Die Akkumulatoren - ihre Theorie, Herstellung, Behandlung und Verwendung. - -Author: Willibald Bermbach - -Release Date: April 2, 2016 [EBook #51638] - -Language: German - -Character set encoding: ISO-8859-1 - -*** START OF THIS PROJECT GUTENBERG EBOOK DIE AKKUMULATOREN *** - - - - -Produced by Peter Becker, Harry Lam and the Online -Distributed Proofreading Team at http://www.pgdp.net - - - - - - -</pre> - - -<div class="tnbox"> -<p class="center">Anmerkungen zur Transkription befinden sich am <a href="#TN">Ende dieses Textes</a>.</p> -</div><!--tnbox--> - -<div class="scr"> -<div class="figcenter"> -<img src="images/coverh.jpg" alt="cover" width="355" height="550" /> -</div> -</div> - -<div class="wigand"> - -<p class="first u fsize80"><b>Otto Wigand, Verlagsbuchhandlung m. b. H., Leipzig</b></p> - -<p class="center blankbefore"><span class="fsize200"><b>HANDWÖRTERBUCH</b></span><br /> -<span class="fsize150"><b>DER DEUTSCHEN SPRACHE</b></span><br /> -von <b>Dr. Daniel Sanders</b></p> - -<p class="center blankbefore">Neu bearbeitet, ergänzt u. vermehrt<br /> -von <b>Dr. Ernst Wülfing</b></p> - -<p class="center blankbefore">Achte (der Neubearbeitung erste) Auflage<br /> -Geheftet Mark 8.—, gebunden Mark 10.—</p> - -<div class="figcenter00"> -<img src="images/linea001.png" alt="Ornament" width="75" height="13" /> -</div> - -<p class="wigandtext">Der „Kleine Sanders‟, der bekannte von Sanders selbst besorgte -Auszug aus seinem großen vierbändigen „Wörterbuch‟, der seit -seinem ersten Erscheinen vor gerade 40 Jahren sieben Auflagen -erlebt hat und in rund 40000 Abdrucken verkauft worden ist, liegt in -neuer, reich ergänzter und vermehrter Bearbeitung und in ganz neuem -Gewande vor uns. Vor der alten Ausgabe zeichnet sich die neue -schon rein äußerlich durch die vornehme Ausstattung und die größere -Breite der Spalten aus; vor allem aber ist, wenn auch im ganzen die -Druckanordnung der alten Ausgabe beibehalten wurde, doch in zahlreichen -Einzelheiten alles getan worden, um dem Buch eine bei weitem -größere Übersichtlichkeit zu verschaffen. — Der Bearbeiter Dr. E. Wülfing, -hat das Buch mit besonderer Sorgfalt durchgesehen, es besonders, wo -alte Lücken waren, aus dem „Großen Sanders‟ ergänzt und es anderseits -durch zahlreiche neue Wörter vermehrt, die die verflossenen -40 Jahre, namentlich auf dem Gebiete der Technik aufgebracht haben. -Auch wurde an manchen Stellen die bessernde Hand angelegt, wo -das nach den Fortschritten der Sprachwissenschaft nötig erschien, -besonders bei so mancher Bedeutungsentwicklung, die von Sanders -s. Z. nicht richtig erkannt und aufgestellt wurde oder werden konnte. -An Reichhaltigkeit, besonders auf dem Gebiete der neuesten technischen -Ausdrücke und u. a. auch der Pflanzennamen, übertrifft der „Sanders-Wülfing‟, -wie der „Kleine Sanders‟ wohl jetzt genannt werden wird, -alle vorhandenen kleineren deutschen Wörterbücher. Besonders sei noch -erwähnt, daß Wülfing an zahllosen Stellen dafür gesorgt hat, daß durch -Einfügung von kurzen Belegen und Anführungen aus dem Schrifttum, -sowie von knappen Beispielen die Erläuterungen, die ohne solche oft nicht -ganz klar waren, belebt worden sind. Daß endlich die neue Rechtschreibung -eingeführt worden ist, braucht nicht besonders betont zu werden.</p> - -<p class="center blankbefore fsize80"><b>Ein unentbehrliches Hand- und Nachschlagebuch für jeden Gebildeten</b></p> - -</div><!--wigand--> - -<hr class="chap" /> - -<h1><span class="sstype fsize125">Die Akkumulatoren,</span><br /> -<span class="fsize90">ihre Theorie, Herstellung, Behandlung<br /> -und Verwendung.</span></h1> - -<p class="center highline2"><span class="fsize80">Von</span><br /> -<span class="fsize125">Prof. <b>Dr. W. Bermbach.</b></span></p> - -<p class="center highline2 blankabove">Zweite, vermehrte und verbesserte Auflage<br /> -<span class="gesp">Mit</span> 38 <span class="gesp">Abbildungen.</span></p> - -<div class="figcenter"> -<img src="images/a002.jpg" alt="Ritter Wigand" width="100" height="151" /> -</div> - -<p class="center blankabove"><span class="gesp">Otto Wigand</span><br /> -Verlagsbuchhandlung und Buchdruckerei m. b. H.<br /> -Leipzig 1911.</p> - -<hr class="chap" /> - -<h2>Vorwort<br /> -<span class="fsize80 nonbold">zur ersten Auflage.</span></h2> - -<p>Die Literatur über Akkumulatoren ist zwar eine -ziemlich reichhaltige, jedoch fehlt es an einem nicht -zu umfangreichen Buche, in dem sowohl die Theorie -wie die Praxis, letztere, soweit sie größere Kreise -interessiert, genügend berücksichtigt wird. Dieses -dürfte in dem vorliegenden Werkchen geschehen sein.</p> - -<p>Wenn irgendwo, so gilt für den Bleiakkumulator -der Satz: Eine gute Theorie ist die beste Praxis. Denn -hier gibt uns die Theorie Aufschluß über alle im Betriebe -vorkommenden Erscheinungen. Aus diesem Grunde -wurde die Theorie des Bleiakkumulators ausführlich -behandelt. Damit sich nun auch solche Leser, denen -die Grundbegriffe der modernen Elektrochemie nicht -geläufig sind, zurechtfinden können, habe ich in dem -ersten Kapitel die neueren Ansichten über die Elektrolyse -und die Stromerzeugung in galvanischen Elementen -gemeinverständlich behandelt.</p> - -<p>Cöln, Mai 1905.</p> - -<hr class="chap" /> - -<h2>Vorwort<br /> -<span class="fsize80 nonbold">zur zweiten Auflage.</span></h2> - -<p>Die meisten Kapitel wurden neu bearbeitet, die -beiden letzten Kapitel außerdem nicht unwesentlich -erweitert. Über den <span class="gesp">Edison</span>-Akkumulator liegt jetzt -genügend Material vor; dementsprechend wurde er in -der neuen Auflage ausführlicher behandelt.</p> - -<p>Herrn Dr. H. <span class="gesp">Geisler</span> spreche ich für seine -Unterstützung bei dem Lesen der Korrekturbogen -meinen verbindlichsten Dank aus.</p> - -<p>Cöln, Juni 1911.</p> - -<p class="right padr2"><b>Der Verfasser.</b></p> - -<hr class="chap" /> - -<h2>Inhalt.</h2> - -<table class="inhalt" summary="Inhalt"> - -<tr> -<td colspan="2" class="right fsize80">Seite</td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">1. <span class="gesp">Kapitel</span>. Theorie der Elektrolyse und der galvanischen Elemente</td> -<td class="seite"><a href="#Page1">1</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">2. <span class="gesp">Kapitel</span>. Theorie des Bleiakkumulators</td> -<td class="seite"><a href="#Page34">34</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">3. <span class="gesp">Kapitel</span>. Kapazität, Wirkungsgrad, Nutzeffekt, innerer Widerstand</td> -<td class="seite"><a href="#Page60">60</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">4. <span class="gesp">Kapitel</span>. Ladung und Entladung</td> -<td class="seite"><a href="#Page80">80</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">5. <span class="gesp">Kapitel</span>. Vorgänge im ruhenden Akkumulator</td> -<td class="seite"><a href="#Page105">105</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">6. <span class="gesp">Kapitel</span>. Plattenkonstruktionen, Herstellung der Platten, Formation</td> -<td class="seite"><a href="#Page116">116</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">7. <span class="gesp">Kapitel</span>. Aufstellung der Batterie, Einbau der Platten, Vorschriften über die -Behandlung, Lebensdauer</td> -<td class="seite"><a href="#Page132">132</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">8. <span class="gesp">Kapitel</span>. Der alkalische Akkumulator</td> -<td class="seite"><a href="#Page152">152</a></td> -</tr> - -<tr> -<td class="kapitel">9. <span class="gesp">Kapitel</span>. Die Verwendung der Akkumulatoren</td> -<td class="seite"><a href="#Page166">166</a></td> -</tr> - -</table> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page1">[1]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Erstes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Theorie der galvanischen Elemente und der Elektrolyse.</span></h2> - -<p><span class="gesp">Vorläufige Erklärung der Vorgänge im -Bleiakkumulator</span>. Ein Bleiakkumulator in seiner -einfachsten Gestalt besteht aus zwei Bleiplatten, die in -verdünnte Schwefelsäure eintauchen. Schickt man durch -den elektrolytischen Apparat einen elektrischen Strom, -so bildet sich an derjenigen Elektrode, die mit dem -positiven Pole der Stromquelle verbunden ist, der Anode, -Bleisuperoxyd, das eine braunrote Farbe hat; an der -negativen Elektrode, der Kathode, wird <span class="nowrap">Bleioxyd<a -id="FNanchor1"></a><a href="#Footnote1" class="fnanchor">[1]</a>,</span> das -sich, bevor die Bleiplatten in die Säure getaucht wurden, -an der Luft gebildet hatte, zu metallischem Blei reduziert.</p> - -<p>Wenn an beiden Elektroden Gasentwicklung erfolgt -— was bei unserem Laboratoriumsversuch schon nach -kurzer Zeit der Fall ist —, so unterbricht man den -Ladestrom. Wir haben jetzt die Kombination vor uns -Blei und Bleisuperoxyd in verdünnter Schwefelsäure:</p> - -<table class="reaction" summary="reaction"> - -<tr> -<td class="br">Pb</td> -<td class="br">H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + aqua</td> -<td>PbO<sub>2</sub></td> -</tr> - -<tr> -<td class="br">-</td> -<td class="br"> </td> -<td>+</td> -</tr> - -</table> - -<p>Das Minuszeichen unter Blei bedeutet, daß die betreffende -Platte der negative Pol des Elementes ist.<span class="pagenum" id="Page2">[2]</span> -Unsere Kombination ist, wie wir leicht mittels eines -Galvanoskops nachweisen können, ein galvanisches -Element, ähnlich wie</p> - -<table class="reaction" summary="reaction"> - -<tr> -<td class="br">Zn</td> -<td class="br">H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + aq</td> -<td>Cu.</td> -</tr> - -<tr> -<td class="br">-</td> -<td class="br"> </td> -<td>+</td> -</tr> - -</table> - -<p>Wie wir später sehen werden, bildet sich bei der -Entladung auf beiden Elektroden Bleisulfat. Die beiden -Platten werden also einander um so ähnlicher, je mehr -Elektrizität unser Akkumulator abgibt. Wenn man aber -zwei <span class="gesp">gleiche</span> Elektroden in denselben Elektrolyten eintaucht, -so erhält man kein galvanisches Element. Die -elektromotorische Kraft unseres primitiven Akkumulators -muß also während der Stromabgabe mehr oder weniger -schnell abnehmen.</p> - -<p>Bei dem beschriebenen Laboratoriumsversuch findet -man, daß nach Beendigung der Entladung die braunrote -Farbe keineswegs ganz verschwunden ist, daß also Reste -von PbO<sub>2</sub> zurückbleiben.</p> - -<p>Laden wir den Akkumulator jetzt wieder, so wird -Bleisulfat an der negativen Elektrode in metallisches -Blei und an der positiven Platte in Bleisuperoxyd -verwandelt.</p> - -<p>Bei der Ladung sowohl wie bei der Entladung -spielen sich im Akkumulator chemische Prozesse ab. -Bei der Ladung wird ein chemisches System gleichsam -gewaltsam verändert (ähnlich wie eine Spiralfeder beim -Zusammendrücken), das veränderte System hat das Bestreben, -in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren. -Bei der Ladung wird in dem Akkumulator chemische -Energie aufgespeichert, und zwar entsteht diese aus -elektrischer Energie. In dem Akkumulator wird also -keineswegs elektrische Energie als solche aufbewahrt, -gerade so wenig wie dies bei einem Gewichte der Fall -ist, das durch einen Elektromotor gehoben wurde. Den<span class="pagenum" id="Page3">[3]</span> -Charakter eines galvanischen Elementes erhält der -Akkumulator erst dadurch, daß man ihm elektrische -Energie zuführt. Man bezeichnet ihn daher auch als -<span class="gesp">Sekundärelement</span>.</p> - -<p>Im Prinzip unterscheidet sich ein geladener Akkumulator -in nichts von einem gewöhnlichen Primärelement -(z. B. einem Daniell-Element). Wir müssen -daher im Folgenden auf die Theorie der galvanischen -Elemente näher eingehen.</p> - -<p>An den chemischen Vorgängen im Akkumulator ist -der Elektrolyt in hervorragender Weise beteiligt. Es -ist daher jedem, der nur etwas tiefer in die Theorie des -Bleiakkumulators eindringen will, anzuraten, sich ein -möglichst klares und vollständiges Bild von den Vorgängen, -die sich bei der Elektrolyse der verdünnten -Schwefelsäure abspielen, zu verschaffen. [Hingewiesen -sei hier auf das Kapitel VIII in <span class="gesp">Le Blancs</span> Lehrbuch -der Elektrochemie.]</p> - -<p>Da die neueren elektrochemischen Theorien, soweit -es der Raum gestattet, in unserer Schrift Berücksichtigung -finden sollen, so wollen wir mit einer Besprechung -einiger wichtiger Grundbegriffe dieses Gebietes beginnen.</p> - -<p>Der <span class="gesp">osmotische Druck</span>. Um diesen außerordentlich -wichtigen Begriff klar zu machen, wollen -wir von einem Nichtelektrolyten ausgehen; als Beispiel -diene eine Zuckerlösung. Ein Standglas mit vorspringendem -Rande fülle man mit einer Zuckerlösung und verschließe -das Glas mittels einer vorher in lauwarmem -Wasser aufgeweichten Schweinsblase, wobei darauf zu -achten ist, daß keine Luftblasen eingeschlossen werden. -Durch einen Bindfaden ist die Membran unterhalb des -Glasrandes gut zu befestigen. Stellt man das Präparat -in ein größeres, mit Wasser gefülltes Gefäß, so findet -man nach etwa 24 Stunden, daß sich die Membran sehr<span class="pagenum" id="Page4">[4]</span> -stark gewölbt hat, und wir schließen daraus, daß von -der Zuckerlösung auf die Membran ein Druck ausgeübt -wurde. Da die Wölbung nicht erfolgt, wenn wir das -Standglas mit Wasser füllen, so schließen wir weiter, -daß der eben erwähnte Druck von den Zuckermolekülen -herrührt. — Die Schweinsblase hat die <span class="nowrap">Eigenschaft<a -id="FNanchor2"></a><a href="#Footnote2" class="fnanchor">[2]</a>,</span> -den Wassermolekülen den Durchgang zu gestatten, nicht -aber den Zuckermolekülen, sie ist <span class="gesp">halbdurchlässig</span> -oder semipermeabel. Denken wir uns nun die Zeit in sehr -kleine Intervalle geteilt, so können wir die Vorgänge -in dem Standglase (Zelle) folgendermaßen erklären: Die -Zuckermoleküle üben einen Druck auf die Membran aus; -diese wird um ein unendlich kleines Stück gehoben, in -den freien Raum dringt Wasser ein. Während des -folgenden Zeitabschnittes wiederholt sich das Spiel usw. -Die Membran wölbt sich also langsam im Laufe der -Zeit. Dem osmotischen Drucke der Zuckermoleküle -— so nennt man den auf die Membran ausgeübten -Druck — wirkt die Spannung der Membran entgegen. -Nehmen wir nun an, daß die Schweinsblase vollkommen, -auch bei jedem Drucke halbdurchlässig ist, und daß -sie jeden beliebig hohen Druck auszuhalten vermag, -ohne zu platzen, so schließen wir weiter, daß sich nach -einer gewissen Zeit ein Gleichgewichtszustand ausbildet, -der natürlich dann vorhanden ist, wenn der osmotische -Druck der Zuckermoleküle gleich ist der Spannung der -Membran. Der nach Innen gerichtete Druck der gespannten -Membran nach Eintritt des Gleichgewichtszustandes, -d. h. wenn eine weitere Wölbung der Membran -nicht mehr erfolgt, ist gleich dem osmotischen -Drucke der Lösung.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page5">[5]</span></p> - -<p>Auch in folgender Weise gelangt man zu einer -Vorstellung über den osmotischen Druck. Wenn wir -bei Beginn des Versuches die Membran belasten, etwa -durch Auflegen von Gewichtsteinen, so erfolgt das -Eindringen des Wassers langsamer als eben und bei -einer gewissen Belastung wölbt sich die Membran überhaupt -nicht. Beträgt die betreffende Belastung p kg -pro 1 cm<sup>2</sup> Oberfläche, so ist p ein Maß für den osmotischen -Druck.</p> - -<p>Nach der kinetischen Theorie der Flüssigkeiten -kommt der osmotische Druck dadurch zustande, daß -Zuckermoleküle gegen die Membran prallen und Stöße -auf diese ausüben.</p> - -<p>Auf die für den osmotischen Druck gültigen -Gesetze, die übrigens, wie <span class="gesp">van ’t Hoff</span> zeigte, mit -den Gasgesetzen übereinstimmen, soll nicht näher eingegangen -werden; es sei nur bemerkt, daß der osmotische -Druck mit der Konzentration wächst.</p> - -<p><span class="gesp">Die elektrolytische Dissoziation.</span> Man -fand, daß die Lösungen von Säuren, Salzen und Basen -(Elektrolyte) einen anormal hohen osmotischen Druck -haben. <span class="gesp">Arrhenius</span> erklärte diese Erscheinung durch -die Annahme, daß sich Moleküle der gelösten Substanz -dissoziieren. Eine einfache Überlegung zeigt uns aber, -daß die Dissoziation in Elektrolyten von der gewöhnlichen -Dissoziation verschieden sein muß. Wählen wir als Beispiel -eine Salmiaklösung. Bei hoher Temperatur spaltet -sich (dampfförmiger) Salmiak nach der Gleichung</p> - -<p class="equation">NH<sub>4</sub>Cl = NH<sub>3</sub> + HCl.</p> - -<p>Würde die Dissoziation in der Salmiaklösung in -derselben Weise erfolgen, so müßte die Flüssigkeit -freies Ammoniak enthalten, das an seinem scharfen, -stechenden Geruch leicht erkannt werden kann. Eine<span class="pagenum" id="Page6">[6]</span> -Salmiaklösung riecht aber nicht nach Ammoniak. Die -<span class="gesp">Dissoziation in Elektrolyten erfolgt</span> nun in -der Weise, daß <span class="gesp">elektrisch geladene Komponenten</span> -entstehen. Das Kochsalzmolekül z. B. spaltet -sich in ein positiv geladenes Natriumatom und ein -negativ geladenes Chloratom. Die Komponenten nennt -man <span class="gesp">Ionen</span>, d. h. die Wandernden, weil sie sich unter -dem Einflusse elektrischer Kräfte bewegen.</p> - -<p>Die elektrolytische Dissoziation kann man als einen -chemischen Prozeß auffassen, der sich zwischen einem -Molekül der gelösten Substanz und einem <span class="nowrap">Neutron<a -id="FNanchor3"></a><a href="#Footnote3" class="fnanchor">[3]</a></span> abspielt -und den man für Kochsalz durch die Gleichung -versinnlichen kann:</p> - -<p class="equation">NaCl + ⊕ - ⊖ = Na-⊕ + Cl-⊖.</p> - -<p class="noindent">Statt dessen schreibt man kürzer</p> - -<p class="equation">NaCl = Na<sup class="plus">·</sup> + Cl′.</p> - -<p class="noindent">Dementsprechend sehen wir die Ionen als neue chemische -Verbindungen an, z. B. ist das Natriumion (Na<sup class="plus">·</sup>) eine -chemische Verbindung zwischen einem Natriumatom und -einem positiven Elektron. Ebenso wie Natrium + Chlor -etwas ganz anderes ist wie Natrium allein, so ist -Natrium + Elektron, d. h. Natriumion, in seinem chemischen -und physikalischen Verhalten durchaus verschieden -von dem metallischen Natrium.</p> - -<p>Der materielle Bestandteil eines Ions kann auch -aus mehreren Atomen bestehen, z. B. aus der Hydroxylgruppe, -dem Radikale SO<sub>4</sub>. Ist das Element oder die -Atomgruppe mehrwertig, so verbindet es sich mit mehreren<span class="pagenum" id="Page7">[7]</span> -Elektronen. Beispiele für die elektrolytische Dissoziation:</p> - -<p class="equation">NaOH = Na<sup class="plus">·</sup> + OH′ (Hydroxylion)<br /> -CuSO<sub>4</sub> = Cu<sup class="plus">··</sup> + SO<sub>4</sub>′′ (Sulfat-Ion).<br /> -NH<sub>4</sub>Cl = NH<sub>4</sub><sup class="plus">·</sup> + Cl′</p> - -<p class="noindent">Cu<sup class="plus">··</sup> bedeutet, daß das Kupferatom mit zwei positiven -Elektronen verbunden ist.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Da ein- und derselbe Elektrolyt (Salz) sich in Wasser stark, in -Chloroform fast garnicht dissoziiert, so scheint es als ob dem Wasser -eine besonders große <span class="gesp">dissoziierende Kraft</span> innewohnt. Nernst -wies zuerst darauf hin, daß zwischen dem Dissoziationsvermögen einer -Flüssigkeit und der Dielektrizitätskonstante ein gewisser Parallelismus -besteht.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>In einem Elektrolyten, z. B. in verdünnter Salzsäure, -befinden sich neben den Molekülen des Wassers, von -dessen Dissoziation wir einstweilen absehen, nichtdissoziierte -Moleküle der gelösten Substanz, positive Ionen, -nämlich die Wasserstoffionen, und negative Ionen, nämlich -die Chlorionen. Nur bei sehr starker Verdünnung -sind sämtliche Moleküle der gelösten Substanzen dissoziiert. -Befinden sich n Moleküle der gelösten Substanz -(dissoziierte Moleküle + indissoziierte Moleküle) in einer -Lösung und sind von diesen m Moleküle dissoziiert, so ist -<span class="horsplit"><span class="top">m</span><span class="bottom">n</span></span> -der <span class="gesp">Dissoziationsgrad</span>.</p> - -<p>In jedem noch so kleinen Tröpfchen des Elektrolyten -befinden sich ebensoviele positive Ionen wie negative, -so daß das Tröpfchen als Ganzes unelektrisch ist.</p> - -<p>Inbezug auf den osmotischen Druck verhalten sich -die Ionen wie die Moleküle der gelösten Substanz; auf -eine semipermeable Wand üben sie also einen Druck -aus. Man wird hier wieder an das Verhalten der Gase -erinnert: Befinden sich in einem abgeschlossenen Raume -gleichzeitig mehrere Gase oder Dämpfe, so übt jedes Gas -einen gerade so großen Druck aus, wie wenn es allein<span class="pagenum" id="Page8">[8]</span> -vorhanden wäre. Bei einem Elektrolyten kommen also, -wenn wir von den Ionen des Wassers selbst absehen, -drei osmotische Drucke in Betracht, nämlich der osmotische -Druck der nichtdissoziierten Moleküle, derjenige -der positiven Ionen und derjenige der negativen Ionen.</p> - -<p>Auf die Frage, warum in einem Elektrolyten (in -der Regel) nicht alle Moleküle der gelösten Substanz -dissoziiert sind, soll mit einigen wenigen Worten eingegangen -werden. Nach der eben mitgeteilten Auffassung -ist die elektrolytische Dissoziation ein Vorgang -nach Art eines chemischen Prozesses. Für einen solchen -gilt das <span class="nowrap">Massenwirkungsgesetz<a id="FNanchor4"></a><a -href="#Footnote4" class="fnanchor">[4]</a>.</span> Wenn wir also beispielsweise -Salzsäure in Wasser gießen, so bildet sich -ein Gleichgewichtszustand aus, der dadurch charakterisiert -ist, daß die Anzahl der Moleküle, die in 1 Sekunde -zerfallen, gerade so groß ist wie die Anzahl der -durch Wiedervereinigungen eines positiven und negativen -Ions entstehenden neutralen Moleküle. — Würden sich -in einer starken Lösung, etwa in einer 30prozentigen -Kochsalzlösung alle Moleküle der gelösten Substanz -dissoziieren, so würde der Abstand zwischen den einzelnen -Ionen ein außerordentlich kleiner sein; die entgegengesetzten -Ladungen der positiven und negativen Ionen -würden sich so stark anziehen, daß zahlreiche Wiedervereinigungen -stattfinden würden. Man sieht ein, daß -in jedem Kubikzentimeter der Lösung nur eine bestimmte -Anzahl von Ionen existieren kann. Mit zunehmender -Verdünnung muß also die Dissoziation fortschreiten.</p> - -<p><span class="gesp">Elektrolyse.</span> Nur <span class="gesp">diejenigen Flüssigkeiten -leiten</span> den elektrischen Strom, <span class="gesp">in denen -sich freie Ionen befinden</span>. Die Stromleitung in<span class="pagenum" id="Page9">[9]</span> -einem Elektrolyten besteht nun darin, daß die von der -positiven Elektrode abgestoßenen und von der negativen -Elektrode angezogenen positiven Ionen nach -der einen und die negativen nach der entgegengesetzten -Richtung wandern. Die Geschwindigkeit, mit der sich -die Ionen durch die Flüssigkeit hindurch bewegen, die -übrigens wegen der sehr großen Reibung zwischen den -Wassermolekülen und den Ionen eine sehr geringe ist, -hat für die verschiedenen Ionenarten verschiedene -Werte.</p> - -<p>Bei der Elektrolyse geben die an den Elektroden ankommenden -Ionen an diese ihre Ladungen ab, sie werden -entionisiert oder gehen in den atomistischen („gewöhnlichen‟) -Zustand über. In manchen Fällen gehen nach -der Entionisierung sekundäre (rein chemische) Prozesse -vor sich. Wird z. B. CuSO<sub>4</sub> = Cu<sup class="plus">··</sup> + SO<sub>4</sub>′′ zwischen -Kupferelektroden elektrolysiert, so verbindet sich das -SO<sub>4</sub>-Radikal (nach seiner Entionisierung) mit einem Atom -Kupfer der Elektrode zu <span class="nowrap">CuSO<sub>4</sub><a -id="FNanchor5"></a><a href="#Footnote5" class="fnanchor">[5]</a>.</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die dem Elektrolyten zugeführte Energie kann also in zwei Teile -zerlegt werden. Der eine Teil dient dazu, die Ionen zu bewegen; -die entsprechende Arbeit wird in Wärme umgesetzt. Die zweite -Arbeit, die der Strom leistet, besteht darin, daß die Ionen ihrer Ladungen -beraubt werden. — Die Entionisierung eines Ions, z. B. eines -Natriumions kann man als einen chemischen Prozeß auffassen, an dem -das Natriumion und ein negatives Elektron beteiligt ist und bei dem -Energie verbraucht wird.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Das <span class="gesp">Faradaysche Gesetz</span> erscheint vom Standpunkte -der Ionentheorie aus als etwas Selbstverständliches. -Man sieht nämlich ohne weiteres ein, daß</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page10">[10]</span></p> - -<p>1. die zersetzten Mengen des Elektrolyten den durchgegangenen -Elektrizitätsmengen proportional sind und -daß</p> - -<p>2. die Mengen der gleichzeitig aus verschiedenen Elektrolyten -ausgeschiedenen Stoffe ihren chemischen Äquivalenten -proportional sind (an chemisch äquivalente -Stoffmengen sind gleiche Elektrizitätsmengen gebunden). -An 1 Gramm Wasserstoffionen sind 96540 Coulomb gebunden; -ebenso an 23 Gramm Natriumionen etc. Um -1 Gramm Wasserstoff durch Elektrolyse irgend eines -Elektrolyten zu erhalten, muß man der Stromquelle -96540 Coulomb positive Elektrizität entnehmen, oder -bei 1 Ampere Stromstärke muß die Elektrolyse 96540 -Sekunden lang dauern.</p> - -<p>Wir wollen jetzt noch im Besonderen betrachten -<span class="gesp">die Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure</span>. -Aus dem Umstande, daß chemisch reines Wasser -den elektrischen Strom nur sehr schlecht leitet, muß -man folgern, daß sich in reinem Wasser nur eine geringe -Anzahl von Ionen befindet. In chemisch reinem Wasser -können sich natürlich nur solche Ionen befinden, die -durch Dissoziation der Wassermoleküle selbst entstehen. -Diese spalten sich, allerdings nur zu einem sehr kleinen -Prozentsatze, nach der Gleichung</p> - -<div class="numreaction" id="Reaction1"> - -<div class="links"> -<p>H<sub>2</sub>O = H<sup class="plus">·</sup> + OH′</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(1).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Hierzu kommt wahrscheinlich eine noch geringfügigere -Dissoziation, die zur Bildung von Wasserstoff -und Sauerstoffionen führt:</p> - -<div class="numreaction" id="Reaction2"> - -<div class="links"> -<p>H<sub>2</sub>O = H<sup class="plus">·</sup> + H<sup class="plus">·</sup> + O′′</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(2).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Aus der von <span class="gesp">Kohlrausch</span> und <span class="gesp">Heydweiller</span> -bestimmten Leitfähigkeit des Wassers kann man den Dissoziationsgrad -berechnen. Man findet, daß bei 0 Grad -1 g Wasserstoffionen (und dementsprechend 17 g Hydroxylionen, -wenn wir von der Dissoziation nach Gleichung<span class="pagenum" id="Page11">[11]</span> -2 absehen) in etwa 14 Millionen Liter Wasser -enthalten sind, bei 18° schon in 6,25 . 10<sup>6</sup> l. Die Leitfähigkeit -nimmt also mit der Temperatur schnell zu. -Nach neueren Messungen enthält 1 g Wasserstoff 0,352 . 10<sup>24</sup> -Atome. Ein Gramm Wasser enthält also trotz der -sehr geringen Dissoziation viele Millionen Wasserstoffionen.</p> - -<p>Die Anzahl der Wasserstoffionen, die sich in 1 cm<sup>3</sup> -Wasser befindet, wollen wir die Konzentration der Wasserstoffionen -nennen, entsprechendes gilt für die anderen -Ionen. Da die Leitfähigkeit des Wassers (wie aller -Elektrolyte) mit der Temperatur stark wächst, so müssen -wir schließen, daß entweder die Ionenkonzentrationen -mit der Temperatur größer werden, oder daß die Reibung -zwischen den Ionen und den Wassermolekülen kleiner -wird oder daß beides zugleich stattfindet. So viele Ionen -nun bei einer bestimmten Temperatur in einem cm<sup>3</sup> -existieren <span class="gesp">können</span>, so viele existieren auch wirklich. -Wenn also aus einem gegebenen Volumen Wasser ein -Wasserstoff- und ein Hydroxylion auf irgend eine Weise -entfernt werden, so dissoziiert sich sofort ein neues -Molekül Wasser — das gestörte chemische Gleichgewicht -wird sofort wieder hergestellt.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Es sei hier wieder auf eine Analogie aufmerksam gemacht. -Befindet sich in einem abgeschlossenen Raume, etwa unter einer -Glasglocke (Rezipient einer Luftpumpe) eine hinreichende Menge -Wasser, so verdampft bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte -Menge Wasser. Entfernen wir auf irgend eine Weise einen -Teil des Wasserdampfes, so erfolgt neue Verdampfung; der Gleichgewichtszustand -wird gestört und bildet sich von neuem. Wie bei -diesem Vorgange <span class="gesp">eine gewisse Zeit vergeht</span>, ehe sich der -Gleichgewichtszustand von neuem gebildet hat, so auch bei der elektrolytischen -Dissoziation.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Setzen wir reinem Wasser Schwefelsäure zu — es -genügt eine ganz kleine Menge —, so wächst das Leitungsvermögen<span class="pagenum" id="Page12">[12]</span> -sehr stark, und wir schließen daraus, daß -sich eine große Menge von neuen Ionen gebildet haben. -Diese entstehen durch die Dissoziation der Schwefelsäure, -die bei den für uns in Betracht kommenden -Konzentrationen eine sehr weitgehende ist, und zwar -verläuft der Zerfall nach den beiden <span class="nowrap">Reaktionsgleichungen<a -id="FNanchor6"></a><a href="#Footnote6" class="fnanchor">[6]</a></span></p> - -<div class="numreaction" id="Reaction3"> - -<div class="links"> -<p>H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = H<sup class="plus">·</sup> + HSO<sub>4</sub>′</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(3).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<div class="numreaction" id="Reaction4"> - -<div class="links"> -<p>HSO<sub>4</sub>′ = H<sup class="plus">·</sup> + SO<sub>4</sub>′′</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(4).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Es findet also eine stufenweise Dissoziation statt. -Die Dissoziation nach der <a href="#Reaction3">Gleichung (3)</a> entspricht dem -Zerfall des NaHSO<sub>4</sub>, der offenbar nach der Gleichung</p> - -<p class="equation">NaHSO<sub>4</sub> = Na<sup class="plus">·</sup> + HSO<sub>4</sub>′</p> - -<p class="noindent">erfolgt.</p> - -<p>Bei geringerer Konzentration der Schwefelsäurelösung -spielt die Dissoziation nach <a href="#Reaction3">Gleichung (3)</a> nur -eine ganz untergeordnete Rolle gegenüber der Reaktion</p> - -<div class="numreaction" id="Reaction5"> - -<div class="links"> -<p>H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = H<sup class="plus">·</sup> + H<sup -class="plus">·</sup> + SO<sub>4</sub>′′</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(5).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Mit wachsender Konzentration tritt die Dissoziation im -Sinne der <a href="#Reaction3">Gleichung (3)</a> mehr in den Vordergrund.</p> - -<p>In verdünnter Schwefelsäure befindet sich also eine -größere Anzahl von Ionenarten (H<sup class="plus">·</sup>, OH′, O′′, SO<sub>4</sub>′′, -HSO′<sub>4</sub>), und daher sind verschiedene Elektrolysen möglich. -An der Kathode werden immer Wasserstoffionen -entionisiert, an der Anode aber können vier verschiedene -Ionenarten herauselektrolysiert werden.</p> - -<p>Welche Ionenart auch außer Wasserstoff abgeschieden -werden mag, an der Stromleitung innerhalb -des Elektrolyten sind <span class="gesp">alle</span> Ionenarten beteiligt.</p> - -<p>Um aus einem Elektrolyten zwei verschiedene Ionenarten -<span class="gesp">dauernd</span> herauszuelektrolysieren, muß man eine -gewisse Minimalspannung anwenden; für uns kommen<span class="pagenum" id="Page13">[13]</span> -folgende von <span class="gesp">Le Blanc</span> angegebene <span class="gesp">Zersetzungsspannungen</span> -in Betracht:</p> - -<table summary="Zersetzungsspannungen" id="Ref01"> - -<tr> -<td class="left">H<sup class="plus">·</sup></td> -<td class="center padl1 padr1">und</td> -<td class="left padr5">O′′</td> -<td class="right">1,08</td> -<td class="center padl1 padr1">Volt</td> -<td rowspan="4" class="bt br bb"> </td> -<td rowspan="4" class="left padl0">-</td> -<td rowspan="4" class="left padl1">+ Überspannung</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left">H<sup class="plus">·</sup></td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr5">OH′</td> -<td class="right">1,68</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left">H<sup class="plus">·</sup></td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr5">SO<sub>4</sub>′′</td> -<td class="right">1,95</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left">H<sup class="plus">·</sup></td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr5">HSO<sub>4</sub>′</td> -<td class="right">2,60</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -</table> - -<p>Die angegebenen Zersetzungsspannungen genügen -i. A. noch nicht, eine <span class="gesp">sichtbare</span> Gasentwickelung -herbeizuführen, man muß diese vielmehr um einen von -der Natur der Kathode abhängigen Betrag <span class="nowrap">vergrößern<a -id="FNanchor7"></a><a href="#Footnote7" class="fnanchor">[7]</a></span> -(natürlich ist hier nicht der Spannungsabfall im elektrolytischen -Apparat, i × w, gemeint).</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Wenn sichtbare Gasentwickelung erfolgen soll, so müssen sich -Gasbläschen bilden. Man kann nun annehmen, daß für die Bildung -der Bläschen eine gewisse Arbeit verbraucht wird, die der elektrische -Strom liefern muß, und daß diese Arbeit von der Beschaffenheit der -Oberfläche, an der die Wasserstoffbildung erfolgt, abhängig ist (Überspannung).</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Am kleinsten ist die <span class="gesp">Überspannung</span> für platiniertes -Platin (Kathode), für blankes Platin ist sie -nahezu 0,1 Volt. Höchst wichtig ist für uns die <span class="gesp">Überspannung</span> -für <span class="gesp">Blei</span>, die <span class="gesp">nach Caspari</span> 0,64 <span class="gesp">Volt</span> -<span class="nowrap">beträgt<a id="FNanchor8"></a><a -href="#Footnote8" class="fnanchor">[8]</a>.</span> Bei der Ladung eines Akkumulators ist die -Bleielektrode Kathode; daher kann, wenn wir von der -sehr geringfügigen Elektrolyse, die den Ionen H<sup class="plus">·</sup> und -O′′ entspricht, im Akkumulator eine Gasentwickelung -erst bei 1,68 + 0,64 = 2,32 Volt erfolgen; starke Gasentwickelung -wird erst bei noch höherer Spannung<span class="pagenum" id="Page14">[14]</span> -vor sich gehen (abgesehen von der Überspannung des -<span class="nowrap">Sauerstoffs<a id="FNanchor9"></a><a href="#Footnote9" class="fnanchor">[9]</a>).</span></p> - -<p>Wegen der Überspannung ist also eine Ladung des -Akkumulators erst möglich, bezw. kann eine solche -ohne ganz erhebliche Energieverluste erfolgen.</p> - -<p>Bei kleinen Spannungen, z. B. bei 0,5 Volt, sinkt -der Strom in einem Wasserzersetzungsapparat nicht -völlig auf Null herab, es muß also auch in diesem Falle -eine Elektrolyse stattfinden. Man erhält nicht Gase -von Atmosphärendruck, sondern Wasserstoff und Sauerstoff -von geringer Konzentration, gelöst in den Elektroden -und im Elektrolyten. Den Strom bezeichnet man -als <span class="gesp">Reststrom</span> (s. <a href="#Page29">S. 29</a>).</p> - -<p>In dem durch Elektrolyse gewonnenen Sauerstoff -finden sich immer Spuren von <span class="gesp">Ozon</span>, das durch einen -sekundären Prozeß aus dem abgeschiedenen Sauerstoff -entsteht (besonders bei größerer Stromdichte).</p> - -<p id="Ref18">Die Ozonbildung nimmt mit wachsender Konzentration -der Säure zu. Ebenso entsteht sekundär <span class="nowrap"><span class="gesp">Wasserstoffsuperoxyd</span><a -id="FNanchor10"></a><a href="#Footnote10" class="fnanchor">[10]</a></span> -(H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) in geringer Menge, wahrscheinlich -an beiden Elektroden. Endlich ist zu erwähnen, -daß sich <span class="gesp">Überschwefelsäure</span> bilden kann nach der -Gleichung</p> - -<div class="numreaction" id="Reaction6"> - -<div class="links"> -<p>2HSO<sub>4</sub>′ + 2⊕ = H<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub></p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(6).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear noindent">also primär. Die Entstehung von Überschwefelsäure -bei der Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure wird -durch große Stromdichte, Vergrößerung des Schwefelsäuregehaltes -und Erniedrigung der Temperatur begünstigt. -Nach den <a href="#Ref01">Zersetzungsspannungen</a> auf <a href="#Page13">Seite 13</a> -dürfte aber, vorausgesetzt, daß die Überschwefelsäure<span class="pagenum" id="Page15">[15]</span> -nach <a href="#Reaction6">Gleichung (6)</a>, also primär, entsteht, ihre Bildung -erst bei Spannungen von mehr als 2,6 Volt erfolgen; -hierzu ist noch beim Bleiakkumulator, da mit den -HSO<sub>4</sub>-Ionen gleichzeitig Wasserstoffionen an der Bleielektrode -entionisiert werden müssen, die Überspannung -von 0,64 Volt zu addieren. Bei normaler Ladung wäre -demnach eine Bildung von Überschwefelsäure im Akkumulator -ausgeschlossen. Da übrigens die Überschwefelsäure -Blei angreift und Bleisuperoxyd in Bleisulfat verwandelt, -so ist ihre Gegenwart in dem Elektrolyten dem -Akkumulator schädlich.</p> - -<p>Ehe wir uns zu der Polarisation wenden, wollen -wir uns mit der Beziehung zwischen der <span class="gesp">Wärmetönung -und der elektromotorischen Kraft</span> -beschäftigen. Verdünnte Schwefelsäure möge zwischen -indifferenten Elektroden, d. h. zwischen solchen, die durch -die Produkte der Elektrolyse nicht angegriffen werden, -zersetzt werden (z. B. zwischen Platinelektroden). Wir -erhalten, wenn wir von den Nebenprodukten absehen, -Wasserstoff und Sauerstoff. Nehmen wir an, daß wir -1 Gramm Wasserstoff durch Elektrolyse erhalten haben -(und 8 Gramm Sauerstoff); es sind dann im ganzen -96540 Coulomb durch unseren Apparat geflossen, was -der Fall war, wenn die Zersetzung bei 1 Ampère Stromstärke -96540 Sekunden lang gedauert hat. Der erhaltene -Wasserstoff werde verbrannt; wir erhalten dann -9 Gramm Wasser. Lassen wir die Verbrennung im -Kalorimeter vor sich gehen, so finden wir, daß wir etwa -34200 kleine Wärmeeinheiten (Grammkalorien, cal.) -erhalten. Um diese Energie sind 9 Gramm Wasser von -gewöhnlicher Temperatur ärmer als 1 g H + 8 g O von -derselben Temperatur. Wollen wir nun, so schließen -wir <span class="gesp">vorläufig</span>, das eben gewonnene Wasser wieder in -seine beiden Komponenten zerlegen, so müssen wir die<span class="pagenum" id="Page16">[16]</span> -eben gewonnene Energie, die wir die <span class="gesp">Wärmetönung</span> -des Prozesses</p> - -<p class="equation">2H + O = H<sub>2</sub>O,</p> - -<p class="noindent">bezogen auf 1 Gramm H, nennen, dem Wasser wieder -zuführen. Geschieht also die Zersetzung mittels des -elektrischen Stromes, so müssen wir, abgesehen von -der Jouleschen Wärme, in den elektrolytischen Apparat -eine den 34200 cal. äquivalente Menge elektrischer -Energie hineinschicken. Die elektrische Energie aber, -die ein Apparat verbraucht, ist gegeben durch das -Produkt</p> - -<p class="equation">Anzahl Coulomb × Spannung zwischen den Elektroden.</p> - -<p>Da nun die Anzahl Coulomb eine gegebene Größe -ist, nämlich 96540, und außerdem das Produkt einer -gegebenen Wärmemenge äquivalent ist (34200 cal.), so -muß die Klemmenspannung einen bestimmten Wert haben.</p> - -<p>Bezeichnen wir diese Spannung mit E, so gilt die -Beziehung</p> - -<p class="equation">96540 . E Wattsek. (Volt-Coulomb) äquival. 34200 cal.</p> - -<p class="noindent">1 Wattsekunde ist aber gleichwertig 0,239 cal. Daher</p> - -<p class="equation">96540 . E.0,239 = 34200 oder<br /> -23070 . E = 34200.</p> - -<p>E ist also ungefähr gleich 1,5 Volt. Man sollte -nun erwarten, daß eine Zersetzung des Wassers mit -einer geringeren Spannung als 1,5 Volt nicht möglich ist. -Von verschiedenen Forschern wurde aber nachgewiesen, -daß man bei geeigneter Versuchsanordnung mit elektromotorischen -Kräften in der Nähe von 1,1 Volt Gasentwickelung -<span class="nowrap">beobachtet<a id="FNanchor11"></a><a href="#Footnote11" class="fnanchor">[11]</a>.</span> -Die von uns gezogenen<span class="pagenum" id="Page17">[17]</span> -Schlüsse entsprechen demnach nicht den Erfahrungstatsachen; -wir müssen uns daher noch eingehender mit -der Beziehung zwischen der chemischen und elektrischen -Energie beschäftigen.</p> - -<p><span class="gesp">Thomsonsche Regel.</span> In den galvanischen -Elementen, zu denen wir auch den Akkumulator zu -rechnen haben, entsteht die elektrische Energie, die das -Element abgibt, aus chemischer Energie. Wir wählen -als Beispiel das Daniell-Element: Zn in ZnSO<sub>4</sub> + aq und -Cu in CuSO<sub>4</sub> + aq, weil bei ihm die Vorgänge leicht -zu übersehen sind. Gibt das Element Strom ab, so -geht Zink in Lösung, und Kupfer schlägt sich auf der -positiven Elektrode nieder.</p> - -<p><span class="gesp">Beide</span> Vorgänge kann man durch <span class="gesp">eine</span> Gleichung -ausdrücken</p> - -<div class="numreaction" id="Reaction7"> - -<div class="links"> -<p>Zn + CuSO<sub>4</sub> = Cu + ZnSO<sub>4</sub></p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(7).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Der durch die <a href="#Reaction7">Gleichung (7)</a> dargestellte Vorgang -ist mit Wärmeentwicklung verbunden; dies kann man -dadurch leicht nachweisen, daß man auf Zinkspäne -Kupfervitriollösung gießt. Dann löst sich Zink, und -Kupfer wird abgeschieden. In der Daniell-Kette gehen -die Lösung des Zinks und die Fällung des Kupfers -an <span class="gesp">verschiedenen Stellen</span> vor sich. Das Element -möge 96540 Coulomb abgegeben haben. Es hat sich -dann 1 <span class="nowrap">Grammäquivalent<a id="FNanchor12"></a><a href="#Footnote12" -class="fnanchor">[12]</a></span> Zink <span class="fsize150">(</span><span class="horsplit"><span class="top">65</span> -<span class="bottom">2</span></span> Gramm<span class="fsize150">)</span> gelöst<span class="pagenum" id="Page18">[18]</span> -und 1 Grammäquivalent = <span class="horsplit"><span class="top">63,5</span><span class="bottom">2</span></span> g Kupfer hat sich -niedergeschlagen. Die dem ganzen chemischen Umsatze -entsprechende Wärme, die man die <span class="gesp">Wärmetönung -des Elementes</span> nennt, werde mit q bezeichnet. -Man nahm früher an, daß die elektromotorische -Kraft eines galvanischen Elementes durch -die Wärmetönung allein bestimmt sei. Bei dieser Annahme -gelangt man zu der vorhin entwickelten Gleichung</p> - -<p class="equation">e = <span class="horsplit"><span class="top">q</span><span class="bottom">23070</span></span>,</p> - -<p class="noindent">die man die <span class="gesp">Thomsonsche Regel</span> nennt. Diese -liefert, auf das Daniell-Element angewandt, einen mit -der Erfahrung gut übereinstimmenden Wert, weil, -wie wir später sehen werden, seine elektromotorische -Kraft von der Temperatur unabhängig ist. Bei anderen -Elementen findet man aber einen Unterschied zwischen -der berechneten und gemessenen elektromotorischen -Kraft; ganz versagt die Thomsonsche Regel bei den -<span class="nowrap">Konzentrationsketten<a id="FNanchor13"></a><a href="#Footnote13" class="fnanchor">[13]</a>.</span></p> - -<p>Thomson ging von der Voraussetzung aus, daß die -<span class="gesp">ganze</span> dem chemischen Umsatze entsprechende Energie<span class="pagenum" id="Page19">[19]</span> -und <span class="gesp">nur diese</span> im Elemente in elektrische Energie -umgewandelt werde, daß sich also das Element während -der Stromabgabe weder erwärme noch abkühle. (Wenn -übrigens hier und im folgenden von der Erwärmung -eines Elementes die Rede ist, so soll die betreffende -Wärme nicht als Joulesche Wärme aufgefaßt werden. -Wir nehmen an, daß diese durch die Wahl sehr großer -Elektroden, die einen kleinen Abstand haben, verschwindend -klein gemacht sei.) Diese Voraussetzung -trifft aber im allgemeinen, wie durch experimentelle -Untersuchungen von <span class="gesp">Braun</span>, <span class="gesp">Raoult</span> u. a. nachgewiesen -wurde, nicht zu.</p> - -<p>Durch Anwendung des zweiten Hauptsatzes der -mechanischen <span class="nowrap">Wärmetheorie<a -id="FNanchor14"></a><a href="#Footnote14" class="fnanchor">[14]</a></span> auf die galvanischen Elemente -gelangte <span class="gesp">Helmholtz</span> zu der Gleichung</p> - -<p class="equation">E = <span class="horsplit"><span class="top">q</span><span class="bottom">23070</span></span> + c . T.</p> - -<p>w ist wieder die Wärmetönung, entsprechend dem -chemischen Umsatz bei einer Stromentnahme von -96540 Coulomb, T ist die absolute <span class="nowrap">Temperatur<a -id="FNanchor15"></a><a href="#Footnote15" class="fnanchor">[15]</a></span> und c -der „<span class="gesp">Temperaturkoeffizient</span>‟. Um diesen neuen Begriff -zu erklären, wählen wir als Beispiel den Akkumulator. -Die Säure eines geladenen Akkumulators habe das -spezifische Gewicht 1,15. Durch sehr genaue Messungen -findet man, daß die elektromotorische Kraft mit der Temperatur -wächst und zwar für 1° um 0,0004 Volt. Die -Zahl 0,0004 ist der Temperaturkoeffizient unseres Akkumulators; -c gibt also hier an, um wieviel Volt die elektromotorische -Kraft steigt, wenn die Temperatur der -Substanzen des Akkumulators um 1° Celsius erhöht wird.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page20">[20]</span></p> - -<p>Bei dem gewählten Beispiele ist c positiv. In dem -Akkumulator wird also nicht nur die dem chemischen -Umsatz entsprechende chemische Energie (Wärmetönung) -in elektrische Energie umgewandelt, sondern auch noch -Wärme, die zunächst den Substanzen des Elementes und -dann der Außenwelt entzogen wird. — Bei 17° Celsius -ist die elektromotorische Kraft des Akkumulators bei der -angenommenen Säuredichte um 290 . 0,0004 = 0,116 Volt -größer, als sie nach der Thomsonschen Regel sein müßte.</p> - -<p>Für die Daniellsche Kette ist der Temperaturkoeffizient -gleich Null, so daß die Helmholtzsche Relation -in die Gleichung E = <span class="horsplit"><span class="top">q</span><span class="bottom">23070</span></span> übergeht.</p> - -<p>Wenn einer Erhöhung der Temperatur eine Abnahme -der elektromotorischen Kraft eines Elementes entspricht, -so ist der Temperaturkoeffizient negativ. In diesem -Falle liefert die Thomsonsche Regel einen zu großen -Wert für die elektromotorische Kraft, und das Element -erwärmt sich während der Stromabgabe, indem ein Teil -der Wärmetönung als Wärme zum Vorschein kommt.</p> - -<p>Die <span class="gesp">Helmholtzsche Relation gilt nur für -umkehrbare</span> oder reversibel arbeitende <span class="gesp">Elemente</span>; -kann man umgekehrt nachweisen, daß für ein Element -die Helmholtzsche Relation gilt, so ist es ein umkehrbares.</p> - -<p>Wir sind hier auf die <span class="gesp">Einteilung der galvanischen -Elemente in umkehrbare und nichtumkehrbare</span> -gestoßen, die kurz besprochen werden -soll: Zu den umkehrbaren Elementen gehört das uns -schon bekannte Daniell-Element. Den stromliefernden -Prozess können wir durch die Gleichung</p> - -<p class="equation">Zn + CuSO<sub>4</sub> = ZnSO<sub>4</sub> + Cu</p> - -<p class="noindent">darstellen, d. h. Zink geht aus dem metallischen Zustand -in den Ionenzustand und Kupfer aus dem Zustand des<span class="pagenum" id="Page21">[21]</span> -Ions in den metallischen über. Hat das Element -96540 Coulomb abgegeben, so hat es eine Arbeit von -96540 . 1,1 Watt geleistet, vorausgesetzt daß die elektromotorische -Kraft 1,1 Volt beträgt. Nach der angegebenen -Stromentnahme schicken wir durch das Element den -Strom einer Thermosäule (oder irgend einer anderen Stromquelle), -dessen Richtung die umgekehrte ist, wie die -des Entladestromes; jetzt geht Zink aus dem Zustand -des Ions in den metallischen und Kupfer aus dem -metallischen Zustand in den des Ions über; die im -Elemente sich abspielenden Vorgänge, können durch -die Gleichung</p> - -<p class="equation">ZnSO<sub>4</sub> + Cu = CuSO<sub>4</sub> + Zn</p> - -<p class="noindent">dargestellt werden. Die Umkehrbarkeit tritt schon -äußerlich zutage; denn, die letzte Gleichung ist die -Umkehrung der vorletzten. Wir können beide Gleichungen -vereinigen zu</p> - -<p class="equation">CuSO<sub>4</sub> + Zn ⇄ ZnSO<sub>4</sub> + Cu.</p> - -<p>Für die Entladung ist diese Gleichung von links -nach rechts, für die Ladung von rechts nach links zu -lesen.</p> - -<p>Bei der Ladung müssen wir eine elektromotorische -Kraft anwenden, die etwas größer ist als diejenige -des Elementes. Ist aber der innere Widerstand der -Kette sehr klein und der Ladestrom nicht groß, so -unterscheidet sich die für die Ladung erforderliche -Spannung nur um einen sehr kleinen Betrag von der -elektromotorischen Kraft des Elementes, und wir können -praktisch die Ladespannung zu 1,1 Volt annehmen. -Soll während der Stromzufuhr genau soviel Cu in -Lösung gehen, wie sich bei der Stromabgabe niedergeschlagen -hatte, so müssen wir in das Element gerade -soviel Elektrizität hineinschicken, wie wir ihm entnommen -hatten, bei unserer Annahme also 96540 Coulomb.<span class="pagenum" id="Page22">[22]</span> -Wenn dieses geschehen ist, so haben wir das Element -wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt, -und hierzu bedarf es einer elektrischen Energie von -96540 . 1,1 Watt.</p> - -<p>Der Nutzeffekt ist also theoretisch gleich 100%. In -Wirklichkeit liegen die Verhältnisse etwas anders, weil -sowohl bei der Ladung als auch bei der Entladung der -innere, selbst bei großen Elementen nicht unbedeutende -Widerstand überwunden werden <span class="nowrap">muß<a -id="FNanchor16"></a><a href="#Footnote16" class="fnanchor">[16]</a>.</span> Infolgedessen -ist bei der Entladung die nutzbare Spannung, die Klemmenspannung, -kleiner als 1,1 Volt, während die bei der -Ladung aufzuwendende E.M.K. größer als 1,1 Volt ist -(siehe auch Polarisation durch Konzentrationsänderungen).</p> - -<p>Die vorigen Betrachtungen lassen sich nicht auf das -Voltasche Element</p> - -<p class="equation">Zink <span class="padl1 padr1">|</span> verd. Schwefelsäure <span class="padl1 padr1">|</span> Kupfer</p> - -<p class="noindent">übertragen. Bei dieser Kette geht bei Stromentnahme -Zink in Lösung, und Wasserstoff wird frei (an der -Kupferplatte). Der stromliefernde Prozeß kann demnach -durch die Gleichung</p> - -<p class="equation">Zn + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = ZnSO<sub>4</sub> + H<sub>2</sub></p> - -<p class="noindent">dargestellt werden.</p> - -<p>Bei der Ladung wird das Zink nicht wieder gebildet; -es bildet sich vielmehr Kupfersulfat (Kupfer geht in -Lösung), und es wird auch jetzt Wasserstoff frei:</p> - -<p class="equation">Cu + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = CuSO<sub>4</sub> + H<sub>2</sub>.</p> - -<p>Man kann also durch Elektrizitätszufuhr das -Element nicht wieder in seinen ursprünglichen Zustand -zurückversetzen. Nach Entnahme und darauf folgender -Zufuhr von je 96540 Coulomb ist ein Grammäquivalent<span class="pagenum" id="Page23">[23]</span> -Zink und ein Grammäquivalent Kupfer in der Lösung, -und zwei Grammäquivalente Wasserstoff sind in Freiheit -gesetzt, so daß also ein gewisser chemischer Umsatz zu -verzeichnen ist, für den eine Kompensation vorhanden -sein muß. Die bei der Ladung dem Element zugeführte -elektrische Energie muß größer sein als die bei der -Entladung gewonnene. Da aber die Strommenge in -beiden Fällen dieselbe ist (96540 Coulomb), so muß -die Ladespannung größer sein als die elektromotorische -Kraft des Elementes. „Dies ist nur möglich, wenn durch -den Transport von Elektrizität eine elektromotorische -Gegenkraft geweckt wird, d. h. wenn das Element sich -polarisiert‟. (Nernst, Theoretische Chemie.) Das -Voltasche Element, von dem die Rede war, ist -ein nichtumkehrbares.</p> - -<p>Unsere Betrachtungen über galvanische Elemente -haben uns zu der Erscheinung der <span class="gesp">Polarisation</span> -geführt, die bei der Elektrolyse der verdünnten -Schwefelsäure, von der wir ausgegangen sind, eine sehr -wichtige Rolle spielt. Bevor wir die Polarisation vom -Standpunkte der Ionentheorie betrachten, wollen wir -uns Klarheit verschaffen über die <span class="gesp">osmotische -Theorie der Stromerzeugung</span>. Als Ausgangspunkt -diene ein Nichtelektrolyt, und zwar wählen wir -eine Zuckerlösung. Der feste Zucker, in Wasser gebracht, -hat die Tendenz, seine Moleküle in das Wasser -zu treiben (man vergleiche hiermit die Verdampfungstension). -Der osmotische Druck der bereits in Lösung -gegangenen Zuckermoleküle wirkt der <span class="gesp">Lösungstension</span> -entgegen, er sucht Zuckermoleküle auf die -Zuckerstückchen zu befördern. Solange die Lösung -nichtgesättigt ist, überwiegt der Lösungsdruck (die -Lösungstension). Dieser ist also gleich dem osmotischen -Drucke einer gesättigten Zuckerlösung.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page24">[24]</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p>Wir haben also ähnliche Verhältnisse wie bei der Verdampfung; -der Verdampfungstension wirkt der Dampfdruck entgegen, und die -Verdampfung geht solange vor sich, bis sich die beiden Kräfte das -Gleichgewicht halten.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p id="Ref02">Nach der <span class="gesp">Nernstschen Theorie</span> hat jedes -Metall, das in Wasser oder in eine Lösung eingetaucht -wird, mehr oder weniger das Bestreben sich zu lösen; -man muß den Metallen also eine Lösungstension zuschreiben. -Von anderen Substanzen unterscheiden sich -die Metalle aber wesentlich dadurch, daß sie nicht -anders als positiv geladen, d. h. in Gestalt positiver -Ionen, in Lösung zu gehen imstande sind. Man bezeichnet -daher ihre Lösungstension als <span class="gesp">elektrolytische</span>. -Befinden sich in der Lösung Ionen des -betreffenden Metalles, so wirkt der osmotische Druck -dieser Ionen der Lösungstension entgegen.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig1"> -<p class="caption">Fig. 1.</p> -<img src="images/illo01.jpg" alt="Zinkstange in Zinksulfatlösung" width="250" height="378" /> -</div> - -<p>Das Zink hat eine außerordentlich hohe Lösungstension, -sie ist größer als der höchste erreichbare osmotische -Druck der Zinkionen in Zinksalzlösung. Taucht man -daher eine Zinkstange in Zinksulfatlösung -ein, so treibt das Zink Ionen -in die Lösung hinein, wie dies -in <a href="#Fig1">Fig. 1</a> schematisch angedeutet -ist. Infolgedessen wird das Metall -negativ elektrisch und die Flüssigkeit -in nächster Nähe positiv.</p> - -<p>Die in die Lösung getriebenen -Zinkionen befinden sich in unmittelbarster -Nähe des Zinkstabes und -werden von der negativen Elektrizität -der Elektrode angezogen. -Wie man leicht einsieht, wirkt -die elektrostatische Anziehung („ungleichnamige Elektrizitäten -ziehen sich gegenseitig an‟) in demselben<span class="pagenum" id="Page25">[25]</span> -Sinne wie der osmotische Druck der vorhandenen Zinkionen -und entgegen der Lösungstension. Sie erreicht -wegen des außerordentlich kleinen Abstandes der beiden -Ladungen, schon wenn ganz minimale Mengen Zink in -Lösung gegangen sind, einen außerordentlich hohen Wert. -Noch ehe wägbare Mengen Zink in Lösung gegangen -sind, hat sich ein Gleichgewichtszustand ausgebildet.</p> - -<p>Die Lösungstension des Kupfers ist klein; sie ist -kleiner als der osmotische Druck selbst sehr stark -verdünnter Kupfersulfatlösungen. Wenn man also einen -Kupferstab in Kupfervitriollösung eintaucht, so gehen, -getrieben durch den osmotischen Druck, Kupferionen -aus der Lösung auf den Kupferstab; das Kupfer wird -also positiv und die Flüssigkeit negativ elektrisch. -Auch hier bildet sich bald ein Gleichgewichtszustand -aus. Das Potential macht an der Grenze Metall — -Flüssigkeit einen Sprung.</p> - -<p>Wenn man beim Daniell-Element den Zinkstab und -die Kupferelektrode miteinander verbindet, so fließt -positive Elektrizität von der Kupfer- und negative von -der Zinkelektrode weg, das Gleichgewicht an beiden -Elektroden wird gestört, so daß neues Zink in Lösung -gehen und neues Kupfer sich auf der positiven Elektrode -niederschlagen kann. An der einen Elektrode -werden also positive Ionen in den Elektrolyten hinein-, -an der anderen aus dem Elektrolyten herausgedrückt.</p> - -<p>Wir wollen jetzt annehmen, daß wir <span class="gesp">verdünnte -Schwefelsäure zwischen Platinelektroden -elektrolysieren</span>. An der Kathode wird Wasserstoff -frei. Platin hat nun die Fähigkeit, Gase, besonders -Wasserstoff, zu absorbieren. Man kann sich hiervon -leicht durch den Augenschein überzeugen: Man schalte -in den Stromkreis ein Amperemeter ein; obschon dieses -bei Stromschluß einen stärkeren Strom anzeigt, beobachtet<span class="pagenum" id="Page26">[26]</span> -man doch nicht sofort das Auftreten von Gasblasen. -Das unmittelbar nach Stromschluß entwickelte -Gas dringt in das Platin ein und zwar zunächst in eine -unendlich dünne an der Oberfläche liegende Schicht, es -wird gelöst (okkludiert). Ferner wird ein Teil des nach -Stromschluß frei gewordenen Wasserstoffs bezw. Sauerstoffs -von dem Elektrolyten absorbiert.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig2"> -<p class="caption">Fig. 2.</p> -<img src="images/illo02.png" alt="Schaltung" width="500" height="306" /> -</div> - -<p>Wir haben also, wenn der zersetzende Strom, der -primäre Strom, kurze Zeit durch den Wasserzersetzungsapparat -geflossen ist, eine mit Wasserstoff und eine mit -Sauerstoff beladene Elektrode in verdünnter Schwefelsäure -vor uns, und diese Kombination ist ein galvanisches -Element, die sogen. <span class="gesp">Knallgaskette</span>. Unterbrechen wir -den primären Strom, so fließt bei der Schaltung nach -<span class="nowrap"><a href="#Fig2">Fig. 2</a><a id="FNanchor17"></a><a href="#Footnote17" class="fnanchor">[17]</a></span> ein Strom -durch das Voltmeter (<span class="gesp">Polarisationsstrom</span>). -Die elektromotorische Kraft unserer Gaskette -nimmt nach Abschaltung der den Zersetzungsstrom -liefernden Stromquelle schnell ab, auch wenn man ihr -keinen Strom entnimmt, indem die von den Elektroden -absorbierten Gase in die Flüssigkeit und in die tieferen<span class="pagenum" id="Page27">[27]</span> -Schichten der Elektroden hineindiffundieren, sodaß die -Konzentration der Gase in den Elektroden kleiner wird.</p> - -<p>Sobald die Elektrolyse der verdünnten Schwefelsäure -beginnt, wird unser elektrolytischer Apparat in -eine Knallgaskette umgewandelt. Die abgeschiedenen -Gase haben das Bestreben, in den Ionenzustand zurückzukehren, -und es wird eine elektromotorische Gegenkraft -geweckt. Diese sucht einen Strom ins Leben zu -rufen, der den Batteriestrom bekämpft. Das Auftreten -einer elektromotorischen Gegenkraft in einem elektrolytischen -Apparate nennt man <span class="nowrap"><span class="gesp">Polarisation</span><a -id="FNanchor18"></a><a href="#Footnote18" class="fnanchor">[18]</a>.</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die bei der Elektrolyse des Wassers auftretende Polarisation -ist von verschiedenen Umständen abhängig, von der Natur, Gestalt, -Größe der Elektroden, von den Veränderungen, die sie während der -Elektrolyse erleiden, von den Konzentrationsänderungen des Elektrolyten -an den Elektroden, von der Stromdichte etc.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Um eine <span class="gesp">Gaselektrode</span> zu erhalten, steckt man -ein platiniertes Platinblech von unten in ein oben geschlossenes -Rohr, dessen unterer Teil in den Elektrolyten -eintaucht. Das Rohr sei mit dem betreffenden -Gase (z. B. Wasserstoff) derart gefüllt, daß sich das -Platinblech zum großen Teil im Gase befindet, zum -kleinen Teile in der Flüssigkeit (<a href="#Fig3">Fig. 3</a>). Das platinierte -Platin absorbiert eine gewisse Gasmenge, es ist selbst -elektromotorisch nicht tätig, dient nur als Zu- und -Ableiter der Elektrizität. „Vermöge seines Lösungsvermögens -für Gase kommt ihm die Fähigkeit zu, den -Übergang aus dem Gas- in den Ionenzustand und umgekehrt -ohne Hindernis zu gestatten. Eine solche -Elektrode, z. B. eine Wasserstoffelektrode, gehört, wie -<span class="gesp">Le Blanc</span> experimentell gezeigt hat, zu der Klasse -der umgekehrten Elektroden (wie Kupfer in Kupfersulfatlösung).<span class="pagenum" id="Page28">[28]</span> -Dieselbe Arbeit, die wir beim freiwilligen -Übergang aus dem Gas- in den Ionenzustand gewinnen -können, müssen wir aufwenden, um den -Vorgang rückgängig zu machen.‟ (Le -Blanc, Lehrbuch der Elektrochemie, -S. 162.)</p> - -<div class="figcenter" id="Fig3"> -<p class="caption">Fig. 3.</p> -<img src="images/illo03.jpg" alt="Gaselektrode" width="175" height="421" /> -</div> - -<p>Tauchen zwei Gaselektroden der -beschriebenen Art, und zwar eine von -Wasserstoff und eine von Sauerstoff -bespülte, in verdünnte Schwefelsäure -(s. <a href="#Fig3">Fig. 3</a>), so erhält man eine Knallgaskette, -die längere Zeit, falls der entnommene -Strom eine gewisse Stärke -nicht überschreitet, eine konstante elektromotorische -Kraft hat. Der Vorgang -in der Kette ist nach <span class="gesp">Glaser</span> folgender: -Die Sauerstoffelektrode sendet Sauerstoffionen -in den <span class="nowrap">Elektrolyten<a id="FNanchor19"></a><a -href="#Footnote19" class="fnanchor">[19]</a>.</span> Dort verbinden sie sich -mit zwei Wasserstoffionen zu Wasser. Das überschüssige -SO<sub>4</sub>-Ion veranlaßt zwei Atome des okkludierten Wasserstoffs -als Ionen in die Lösung zu <span class="nowrap">treten<a id="FNanchor20"></a><a -href="#Footnote20" class="fnanchor">[20]</a>.</span> Der stromliefernde -Prozeß ist also die Vereinigung von Wasserstoff -und Sauerstoff zu Wasser.</p> - -<p>Die elektromotorische Kraft der Knallgaskette hängt -von dem Drucke ab, unter dem die Gase stehen. Von -diesem Drucke hängt die Konzentration des Gases (nicht -der Ionen) in der Lösung und von dieser die Konzentration -des in der Elektrode absorbierten Gases ab; je<span class="pagenum" id="Page29">[29]</span> -größer aber diese letztere Konzentration ist, um so -größer wird die elektrolytische Lösungstension des -Gases, um so größer auch die elektromotorische Kraft.</p> - -<p>Bei Atmosphärendruck beträgt die elektromotorische -Kraft der Knallgaskette etwa 1,1 Volt. Erniedrigt man -den Druck, so nimmt die elektromotorische Kraft ab; -ist der Druck der beiden Gase so klein, daß er nahezu -Null ist, so hat die elektromotorische Kraft einen sehr -kleinen Wert. Schalten wir eine elektromotorische Kraft -entgegen (d. h. verbinden wir den positiven Pol einer -fremden Stromquelle mit der Sauerstoffelektrode usw.), -die die elektromotorische Kraft der Knallgaskette nur -um einen ganz geringen Betrag übertrifft, so wird das -zwischen den Elektroden befindliche Wasser zersetzt.</p> - -<p>Die <span class="gesp">Wasserzersetzung zwischen platinierten -Platinelektroden ist daher ein reversibler -Vorgang</span> oder die Knallgaskette gehört -zu den umkehrbaren Elementen.</p> - -<p>Für den Fall, daß die Elektrolyse sichtbare Gasblasen -liefert, ist die Zersetzungsspannung, d. h. die -Potentialdifferenz der beiden Elektroden, um die anodische -und kathodische Überspannung größer als die -elektromotorische Kraft der Knallgasketten (ca. 1,1 Volt). -Le Blanc wies nach, daß die Mindestspannung bei Platinelektroden -1,68 Volt beträgt.</p> - -<p>Berücksichtigen wir, daß die elektromotorische Kraft -der Knallgaskette mit abnehmendem Drucke der beiden -Gase kleiner wird, so ergibt sich das höchst beachtenswerte -Resultat, daß die zur Zersetzung des Wassers -aufzuwendende Energie von einem sehr kleinen Betrage -bis zu einer gewissen Höhe variieren kann.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Auch dann, wenn man einen Wasserzersetzungsapparat mit -einer Stromquelle verbindet, deren elektromotorische Kraft kleiner als -1,1 Volt ist, fließt, wie man an einem eingeschaltenen Galvanometer<span class="pagenum" id="Page30">[30]</span> -erkennen kann, Strom durch die Zelle. Da nach Unterbrechung des -Stromes ein Polarisationsstrom nachweisbar ist, so muß eine Elektrolyse -stattgefunden haben. Man kann dies folgendermaßen erklären: -Beim Einschalten ist noch keine elektromotorische Gegenkraft vorhanden; -es fließt also Strom durch die Zelle, und es werden geringe -Mengen H und O an den Elektroden abgeschieden. Diese werden -von den unmittelbar an der Oberfläche liegenden (unendlich dünnen) -Schichten der Elektroden absorbiert, und es entsteht eine Gegenspannung. -Da dann der absorbierte Wasserstoff bezw. Sauerstoff in -die tiefer gelegenen Schichten der Elektrode und in die umgebende -Flüssigkeit hineindiffundiert, so sinkt die Gegenspannung. Würde -diese Gasabgabe nicht erfolgen, so würde bald die Gegenspannung -gleich der elektromotorischen Kraft der Stromquelle sein und der -Strom verschwinden.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Außer der Gaspolarisation kommen bei galvanischen -Elementen und bei der Elektrolyse noch <span class="gesp">Störungen</span> -in Betracht, die <span class="gesp">durch Konzentrationsänderungen</span> -innerhalb des Elektrolyten <span class="gesp">verursacht</span> -werden.</p> - -<p>Die beiden Ionenarten eines Elektrolyten erfahren -zwar, falls sie gleich große Ladungen haben, gleichen -Antrieb in dem Felde zwischen den Elektroden, sie -haben aber, da ihre Beschaffenheit (Masse, Größe) nicht -die gleiche ist, verschiedene Widerstände zu überwinden -(Hittorf).</p> - -<p>Infolge ungleicher Wanderungsgeschwindigkeit der -beiden Ionenarten wird nun der Elektrolyt in der Nähe -der einen Elektrode stärker, in der Nähe der anderen -Elektrode schwächer konzentriert.</p> - -<p>Elektrolysiert man z. B. Kupfervitriollösung zwischen -Kupferelektroden, so wird, obschon der gesamte Gehalt -an CuSO<sub>4</sub> unverändert bleibt, der Elektrolyt in der -Nähe der positiven Elektrode reicher und in der Nähe -der Kathode ärmer an CuSO<sub>4</sub>; die Konzentrationsänderungen -werden bei größerer Stromdichte nach etwa -1 Stunde ohne weiteres sichtbar, wenn man als elektrolytischen<span class="pagenum" id="Page31">[31]</span> -Apparat eine Röhre benutzt, deren Achse -vertikal gerichtet ist, wie es in der <a href="#Fig4">Fig. 4</a> angedeutet -ist. Indirekt kann man die Konzentrationsunterschiede -dadurch nachweisen, daß man -nach Abschaltung der den Zersetzungsstrom -liefernden Stromquelle die Elektroden mit -einem Galvanoskop verbindet. Die elektromotorische -Kraft der Konzentrationskette, in -die sich ein elektrolytischer Apparat bei -(längerem) Stromdurchgang verwandelt, ist -der elektromotorischen Kraft der Batterie -ebenfalls entgegengesetzt gerichtet.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig4"> -<p class="caption">Fig. 4.</p> -<img src="images/illo04.png" alt="elektrolytischen Apparat" width="75" height="398" /> -</div> - -<div class="blquote"> - -<p>Wie sich aus den vorhergehenden Betrachtungen -ergibt, ist die Polarisation bei der Elektrolyse der verdünnten -Schwefelsäure keineswegs eine konstante Größe. -Man kann sich hiervon leicht in folgender Weise überzeugen: -Man messe bei verschiedenen Stromstärken i<sub>1</sub>, -i<sub>2</sub>, i<sub>3</sub> die Klemmenspannung des Wasserzersetzungsapparates; -die gefundenen Werte seien e<sub>1</sub>, e<sub>2</sub>, e<sub>3</sub>. Unter -der Annahme, daß die Polarisation konstant sei, berechne -man aus je zweien der drei Gleichungen</p> - -</div><!--blquote--> - -<p class="equation">i<sub>1</sub> = -<span class="horsplit"><span class="top">e<sub>1</sub> - e</span><span class="bottom">w</span></span>, -i<sub>2</sub> = -<span class="horsplit"><span class="top">e<sub>2</sub> - e</span><span class="bottom">w</span></span>, -i<sub>3</sub> = -<span class="horsplit"><span class="top">e<sub>3</sub> - e</span><span class="bottom">w</span></span></p> - -<div class="blquote"> - -<p class="equation">(e = elektromotorische Kraft der Polarisation)</p> - -<p>den Widerstand w des elektrolytischen Apparates; man erhält dann -für w Werte, die sehr verschieden sind.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Wir haben früher durch (vorläufige) energetische -Berechnungen das Resultat abgeleitet, daß die Spannung, -die für die Zersetzung des Wassers nötig ist, etwa -1,5 Volt betragen müßte; andererseits haben wir gesehen, -daß man schon bei elektromotorischen Kräften von etwa -1,1 Volt eine Elektrolyse des Wassers beobachtet hat. -Es fragt sich, wie man den (scheinbaren) Widerspruch -beseitigt. Zunächst ist zu berücksichtigen, daß bei der -Elektrolyse des Wassers keineswegs der Prozeß</p> - -<p class="equation">2H + O = H<sub>2</sub>O</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page32">[32]</span></p> - -<p class="noindent">rückgängig gemacht <span class="nowrap">wird<a id="FNanchor21"></a><a href="#Footnote21" -class="fnanchor">[21]</a>;</span> das wäre richtig, wenn -durch den Strom erst eine Zerlegung der Wassermoleküle -in ihre beiden Komponenten bewirkt würde. Die Tätigkeit -des Stromes besteht aber darin, daß <span class="gesp">vorhandene</span> -Ionen in den atomistischen Zustand übergeführt werden; -es spielen sich also bei der Elektrolyse die den folgenden -Gleichungen entsprechenden Vorgänge ab:</p> - -<table class="reaction0" summary="Reaktionen"> - -<tr> -<td colspan="4" class="center">2H<sup class="plus">·</sup> + 2⊖ = <span class="nowrap">2H<a -id="FNanchor22"></a><a href="#Footnote22" class="fnanchor">[22]</a></span></td> -</tr> - -<tr> -<td colspan="4" class="center">O′′ + 2⊕ = O bezw.</td> -</tr> - -<tr> -<td colspan="4" class="center">2OH′ + 20⊕ = 2OH und</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right"><span class="padr1">H + H = H<sub>2</sub></span></td> -<td rowspan="2" class="right padr0 bt br bb"> </td> -<td rowspan="2" class="left padl0">-</td> -<td rowspan="2" class="left"><span class="padl1">Molekülbildung</span></td> -</tr> - -<tr> -<td class="right"><span class="padr1">O + O = O<sub>2</sub></span></td> -</tr> - -<tr> -<td colspan="4" class="center">bezw. 2OH = H<sub>2</sub>O + O.</td> -</tr> - -</table> - -<p>Wir sind gar nicht berechtigt, zu behaupten, daß die -diesen Prozessen entsprechende Energie gleich ist der -Wärmetönung des Vorganges, bei dem sich Wasserstoff -und Sauerstoff miteinander <span class="nowrap">verbinden<a id="FNanchor23"></a><a -href="#Footnote23" class="fnanchor">[23]</a>.</span> Ferner haben -wir gesehen, daß bei gewissen galvanischen Elementen -nicht nur die der Wärmetönung entsprechende Energie -in elektrische umgewandelt wird, sondern auch noch<span class="pagenum" id="Page33">[33]</span> -Wärme, die den Substanzen des Elementes bezw. der -Außenwelt entzogen wird: dementsprechend dürfen wir -<span class="gesp">bei der Elektrolyse nicht erwarten, daß die -Zersetzungsspannung durch die Wärmetönung -allein bestimmt sei</span>.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die Helmholtz’sche Relation gilt, wie wir gesehen haben, für -umkehrbare galvanische Elemente. Ist die Knallgaskette ein umkehrbares -Element, so dürfen wir auf dasselbe die Helmholtz’sche Gleichung -anwenden. Smale fand, wie bereits bemerkt wurde, daß bei 1,1 <span class="nowrap">Volt<a -id="FNanchor24"></a><a href="#Footnote24" class="fnanchor">[24]</a></span> -zwischen Palladiumelektroden, die bekanntlich Wasserstoff sehr stark -absorbieren, eine sichtbare Gasentwicklung stattfand. Bei mäßiger -Entladung zeigte das Gaselement bei 20° Celsius dieselbe elektromotorische -Kraft (also 1,1 Volt). Wenden wir die Helmholtz’sche -Relation an, so ergibt sich die Gleichung:</p> - -<p class="equation">1,1 = <span class="horsplit"><span class="top">34200</span><span class="bottom">23070</span></span> + -c . 293.</p> - -<p>Hieraus ergibt sich für den Temperaturkoeffizient c der Wert --0,0014. Durch Messungen ergab sich, daß der Temperaturkoeffizient -den aus der Helmholtz’schen Gleichung gefundenen Wert hat. Die -Wasserzersetzung resp. Wasserbildung mit 1,1 Volt ist also ein -reversibler Prozeß.</p> - -</div><!--blquote--> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote1"><a href="#FNanchor1"><span class="label">[1]</span></a> Die Frage, welche Verbindung des Bleies mit Sauerstoff sich -bildet, ist unwesentlich. Aus dem vorhandenen Oxyde bildet die -Säure wahrscheinlich zuerst Bleisulfat, und dieses wird zu Blei -reduziert.</p> - -<p id="Footnote2"><a href="#FNanchor2"><span class="label">[2]</span></a> Allerdings nicht vollständig; mit wachsendem Druck wird -der Unterschied in der Durchlässigkeit immer kleiner.</p> - -<p id="Footnote3"><a href="#FNanchor3"><span class="label">[3]</span></a> -Schon <span class="gesp">Helmholtz</span> hatte in seiner Faraday-Rede der Elektrizität -eine atomistische Struktur zugeschrieben. Die Elektrizitätsatome -sollen im Folgenden als <span class="gesp">Elektronen</span> bezeichnet werden; für diese -wählen wir die Symbolen ⊕ und ⊖. Die Elektronen sehen wir als -neue einwertige Elemente an. Ein positives Elektron kann sich mit -einem negativen vereinigen zu einem Neutron ⊕-⊖.</p> - -<p id="Footnote4"><a href="#FNanchor4"><span class="label">[4]</span></a> -Dieses wurde von zwei schwedischen Forschern, <span class="gesp">Guldberg</span> -und <span class="gesp">Waage</span>, aufgestellt. Näheres siehe Nernst, Theoretische Chemie.</p> - -<p id="Footnote5"><a href="#FNanchor5"><span class="label">[5]</span></a> Dieses oder ein anderes vorhandenes Kupfersulfatmolekül -spaltet sich elektrolytisch, so daß das SO<sub>4</sub>-Ion neu gebildet wird. Der -Effekt ist also derselbe, als ob ein Kupferatom der positiven Elektrode, -mit Elektrizität beladen, also als Ion, in die Lösung gegangen wäre. -Nimmt man dieses an, so ist der ganze Vorgang rein primär.</p> - -<p id="Footnote6"><a href="#FNanchor6"><span class="label">[6]</span></a> S. Nernst, Theoretische Chemie, 4. Aufl., S. 468.</p> - -<p id="Footnote7"><a href="#FNanchor7"><span class="label">[7]</span></a> Caspari, Zeitschr. für physik. Chemie, 1899, 30, 89.</p> - -<p id="Footnote8"><a href="#FNanchor8"><span class="label">[8]</span></a> -Bei höherer Stromdichte (Anzahl Ampere pro 1 dm<sup>2</sup>) wächst -die Überspannung noch und erreicht ihren maximalen Wert erst, -nachdem die Elektrolyse längere Zeit in Gang gehalten worden ist. -Ähnliches gilt für die anodische Überspannung.</p> - -<p id="Footnote9"><a href="#FNanchor9"><span class="label">[9]</span></a> -<span class="gesp">Coehn</span> und <span class="gesp">Osaka</span>, Zeitschr. für anorganische Chemie, -1903, <b>34</b>, 86.</p> - -<p id="Footnote10"><a href="#FNanchor10"><span class="label">[10]</span></a> -Näheres s. <span class="gesp">H. Danneel</span>, Spezielle Elektrochemie, S. 44, -und über die Bildung von Überschwefelsäure ebendaselbst S. 67.</p> - -<p id="Footnote11"><a href="#FNanchor11"><span class="label">[11]</span></a> -<span class="gesp">Smale</span> benutzte Palladiumelektroden, die bekanntlich die -abgeschiedenen Gase, besonders Wasserstoff in hohem Grad zu absorbieren -vermögen; er beobachtete schwache Gasentwicklung bei -1,062 Volt (<span class="gesp">Arrhenius</span>, Lehrbuch d. Elektrochemie, 1901, S. 241). -<span class="gesp">Nernst</span> und <span class="gesp">Glaser</span> -(ebenso <span class="gesp">Bose</span>) konnten nachweisen, daß eine -sichtbare Gasentwicklung schon bei 1,08 Volt eintritt, wenn man eine -kleine Platinspitze als Kathode und eine große platinierte Platinplatte -(eine unpolarisierbare Elektrode) als Anode benutzt. Bei dieser Spannung -werden die Sauerstoff- und Wasserstoffionen entladen. Über -den Reststrom s. <a href="#Page14">S. 14</a> und <a href="#Page29">29</a>.</p> - -<p id="Footnote12"><a href="#FNanchor12"><span class="label">[12]</span></a> Aus der Formel</p> - -<table class="dontwrap" summary="Grammquivalenten"> - -<tr> -<td class="left padl0 padr0">H<sub>2</sub>O</td> -<td class="center padl1 padr1">schließen</td> -<td class="center padl0 padr0">wir,</td> -<td class="center padl1 padr1">daß</td> -<td class="right padl0 padr1">1 g</td> -<td class="left padl0 padr0">H</td> -<td class="center padl1 padr1">bindet</td> -<td class="right padl0 padr0">8 g</td> -<td class="left padl1 padr1">O;</td> -<td class="right padl0 padr0">8 g</td> -<td class="left padl1 padr0">O</td> -<td class="center padl1 padr0">= 1</td> -<td class="center padl0 padr0">Grammäquiv.</td> -<td class="left padl1 padr0">O.</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left padl0 padr0">HCl</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="right padl0 padr1">1 g</td> -<td class="left padl0 padr0">H</td> -<td class="center">„</td> -<td class="right padl0 padr0">35,5 g</td> -<td class="left padl1 padr1">Cl;</td> -<td class="right padl0 padr0">35,5 g</td> -<td class="left padl1 padr0">Cl</td> -<td class="center padl1 padr0">= 1</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl1 padr0">Cl.</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left padl0 padr0">Na(OH)</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="right padl0 padr1">23 g</td> -<td class="left padl0 padr0">Na</td> -<td class="center padl1 padr1">ersetzen</td> -<td class="right padl0 padr0">1 g</td> -<td class="left padl1 padr1">H;</td> -<td class="right padl0 padr0">23 g</td> -<td class="left padl1 padr0">Na</td> -<td class="center padl1 padr0">= 1</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl1 padr0">Na.</td> -</tr> - -</table> - -<p>Aus den Formeln H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> und ZnSO<sub>4</sub> schließen wir, daß 65 g Zn -ersetzen 2 g H, oder daß <span class="horsplit"><span class="top">65</span><span class="bottom">2</span></span> -g Zn äquivalent sind 1 g H usw. -Chemisch äquivalente Mengen enthalten im Ionenzustand gleiche -Elektrizitätsmengen (<span class="gesp">Faraday’sches Gesetz</span>). 1 Grammäquivalent -enthält im Ionenzustand 96540 Coulomb.</p> - -<p id="Footnote13"><a href="#FNanchor13"><span class="label">[13]</span></a> -Schichtet man z. B. über eine starke Kupferchloridlösung -eine schwache Lösung desselben Salzes und taucht in beide Lösungen -Kupferelektroden ein, so findet man, daß ein Galvanoskop, dessen -Klemmen man mit den Elektroden verbindet, einen Strom anzeigt. -An der einen Elektrode geht Kupfer in Lösung, an der anderen -schlägt sich Kupfer nieder. Die elektrische Energie entsteht hier -überhaupt nicht aus chemischer Energie.</p> - -<p id="Footnote14"><a href="#FNanchor14"><span class="label">[14]</span></a> -Näheres siehe <span class="gesp">Ostwald</span>, Entwicklung der Elektrochemie, -Leipzig 1910.</p> - -<p id="Footnote15"><a href="#FNanchor15"><span class="label">[15]</span></a> -Ist t die Temperatur in Celsius-Graden, so ist 273 + t = T -die absolute Temperatur.</p> - -<p id="Footnote16"><a href="#FNanchor16"><span class="label">[16]</span></a> Auch aus anderen Gründen ist das Element als Akkumulator -praktisch nicht brauchbar.</p> - -<p id="Footnote17"><a href="#FNanchor17"><span class="label">[17]</span></a> <i>B</i> = -Batterie, <i>W</i> = Kurbelrheostat, <i>A</i> = Ampèremeter, -<i>V</i> = Voltmeter, <i>An</i> = Anode, <i>K</i> = Kathode.</p> - -<p id="Footnote18"><a href="#FNanchor18"><span class="label">[18]</span></a> -Von einer Gaspolarisation kann beim Bleiakkumulator höchstens -gegen Ende der Ladung die Rede sein.</p> - -<p id="Footnote19"><a href="#FNanchor19"><span class="label">[19]</span></a> Alle negative Ionen liefernde Elemente haben einen hohen -Lösungsdruck.</p> - -<p id="Footnote20"><a href="#FNanchor20"><span class="label">[20]</span></a> Vor Stromschluß verhinderte der osmotische Druck der -Wasserstoffionen innerhalb des Elektrolyten das Eindringen der -Wasserstoffionen. — Verschwinden aus der Säure zwei Wasserstoffionen, -so ist das Gleichgewicht gestört.</p> - -<p id="Footnote21"><a href="#FNanchor21"><span class="label">[21]</span></a> -Das geschieht, wenn man Wasserdampf sehr stark erhitzt.</p> - -<p id="Footnote22"><a href="#FNanchor22"><span class="label">[22]</span></a> Das Wasserstoffion hat einen anderen Energieinhalt als das -Wasserstoffatom, d. h. dem oben angegebenen Prozesse entspricht -eine Wärmetönung. Diese ist allerdings im vorliegenden Falle nicht -groß, bei anderen Ionen aber hat sie bedeutende Werte.</p> - -<p id="Footnote23"><a href="#FNanchor23"><span class="label">[23]</span></a> -Wenn man eine Säure und eine Base, beide in wässeriger -Lösung, mischt, so verbinden sich Wasserstoff- und Hydroxylionen -zu Wasser. Beim Zusammentreten von 1 Gramm Wasserstoffionen -mit der entsprechenden Menge OH-Ionen werden 13700 cal. frei. -Wir dürfen daher annehmen, daß, wenn durch elektrolytische Dissoziation -des Wassers 1 Gramm H-Ionen entsteht, 13700 cal. verbraucht -werden. Diese Wärme wird dem Wasser bezw. der Umgebung -entzogen. Man ist daher eher berechtigt zu sagen: die -Wärmetönung, die der Elektrolyse des Wassers entspricht, ist -(34200-13700) cal., als zu behaupten, sie beträgt 34200 cal.</p> - -<p id="Footnote24"><a href="#FNanchor24"><span class="label">[24]</span></a> Die elektromotorische Kraft, die der Bildung von Wasser -aus den Elementen, beide von <span class="gesp">Atmosphären</span>druck, entspricht, -wird neuerdings zu 1,23 Volt angegeben (siehe Handbuch der anorganischen -Chemie. 2. Band, 1. Abteilung. S. 85).</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page34">[34]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Zweites Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Die Theorie des Bleiakkumulators.</span></h2> - -<p>Die <span class="gesp">Geschichte des Akkumulators</span> beginnt -mit <span class="gesp">Ritters</span> Entdeckung der Polarisationsströme. -<span class="gesp">Sinsteden</span> erhielt besonders kräftige Polarisationsströme, -als er statt Platin Blei benutzte. Das Verdienst -aber, die Bedeutung des Bleies für die Aufspeicherung -der elektrischen Energie erkannt zu haben, gebührt -<span class="nowrap"><span class="gesp">Planté</span><a id="FNanchor25"></a><a href="#Footnote25" -class="fnanchor">[25]</a>.</span> Seine ersten Versuche fielen in die Mitte -des vorigen Jahrhunderts, 1879 trat er mit seiner Erfindung -hervor (s. auch <a href="#Page116">Kap. 6</a>).</p> - -<p><span class="gesp">Chemische Theorie.</span> Zunächst soll die Stromerzeugung -im Bleiakkumulator besprochen werden, ohne -daß auf die Ionentheorie Rücksicht genommen wird, -d. h. vom rein chemischen Standpunkte aus.</p> - -<p><span class="gesp">Planté</span> war der Ansicht, daß nur die Elemente -des Wassers bei der Ladung und Entladung an den -chemischen Veränderungen, die sich an den Elektroden -abspielen, beteiligt seien. Welche Oxydationsstufe des -Bleies sich an der positiven Elektrode bildet, läßt -Planté offen. Das Bild, das er sich von den Vorgängen -verschafft hat, dürfte etwa folgendes sein: Bei der Entladung<span class="pagenum" id="Page35">[35]</span> -wird Bleisuperoxyd (PbO<sub>2</sub>) durch Wasserstoff, -der durch die Zersetzung des Wassers frei wird, in -eine niedrigere Oxydationsstufe verwandelt, und Blei -wird durch Sauerstoff oxydiert. Das durch den Strom -zersetzte Molekül Wasser wird an der positiven Elektrode -wieder gebildet. Mithin müßte das spezifische -Gewicht der Säure während der Entladung konstant -bleiben. Die Erfahrung lehrt uns aber, daß dies nicht -der Fall ist. Die Änderungen der Säuredichte während -der Ladung und Entladung hatte Planté zwar auch -beobachtet, aber merkwürdiger Weise nicht bei der -Aufstellung der Theorie verwertet.</p> - -<p>Im Laufe der Zeit sind eine ganze Reihe von -Theorien über die chemischen Vorgänge im Akkumulator -aufgestellt worden, von denen verschiedene den Grundsätzen -der physikalischen Chemie ganz und gar widersprechen. -Es soll hier nur diejenige Theorie besprochen -werden, die, wie <span class="gesp">Dolezalek</span> in seinem bekannten -Werke über <span class="nowrap">Akkumulatoren<a id="FNanchor26"></a><a -href="#Footnote26" class="fnanchor">[26]</a></span> sagt, bis auf den heutigen -Tag alle Anfechtungen siegreich bestanden hat; es ist -dies die <span class="gesp">Sulfattheorie</span>, als deren Begründer die -englischen Forscher <span class="gesp">Gladstone</span> und <span class="gesp">Tribe</span> (1883) anzusehen -sind. Nach dieser Theorie bildet sich bei der -Entladung an beiden Elektroden Bleisulfat; die Vorgänge -können durch die beiden folgenden Gleichungen -dargestellt werden:</p> - -<p class="noindent blankbefore1"><span class="padl2">+Elektrode:</span> -PbO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> -= PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O,</p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">-Elektrode:</span> Pb + SO<sub>4</sub> = PbSO<sub>4</sub>.</p> - -<p class="blankbefore1">Durch Addition erhalten wir die dem <span class="gesp">ganzen</span> -stromliefernden Prozeß entsprechende Gleichung:</p> - -<div class="numreaction" id="Gleich1_1"> - -<div class="links"> -<p>PbO<sub>2</sub> + Pb + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = 2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(1).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear"><span class="pagenum" id="Page36">[36]</span></p> - -<div class="figcenter" id="Fig5"> -<p class="caption">Fig. 5.</p> -<img src="images/illo05.png" alt="Ladung" width="400" height="325" /> -</div> - -<p>Bei der Ladung (s. <a href="#Fig5">Fig. 5</a>) tritt der Strom an der -positiven Elektrode in die Flüssigkeit ein. Da der -Wasserstoff mit dem -Strom wandert, so -wird er jetzt an der -negativen Platte frei -(bei der Entladung an -der positiven Elektrode). -Die Prozesse, -die sich bei der Ladung -abspielen, entsprechen -den folgenden -Gleichungen:</p> - -<p class="noindent blankbefore1"><span class="padl2">+Elektrode: PbSO<sub>4</sub> + SO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O = -PbO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub></span></p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">-Elektrode: PbSO<sub>4</sub> + H<sub>2</sub> -= Pb + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>.</span></p> - -<p class="blankbefore1">Addiert man die beiden Gleichungen und zieht -auf beiden Seiten 1 Molekül Schwefelsäure ab, so erhält -man</p> - -<div class="numreaction" id="Gleich1_2"> - -<div class="links"> -<p>2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O = PbO<sub>2</sub> + Pb + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub></p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(2).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Die beiden Gleichungen (<a href="#Gleich1_1">1</a>) und (<a href="#Gleich1_2">2</a>) kann man zu -einer einzigen zusammenfassen:</p> - -<div class="numreaction" id="Gleich1_3"> - -<div class="links"> -<p>PbO<sub>2</sub> + Pb + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> ⇄ 2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(3).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<p class="allclear">Während der Ladung wird also Wasser verbraucht -und Schwefelsäure gebildet, so daß unsere Gleichung der -bekannten Tatsache Rechnung trägt, daß die <span class="gesp">Säuredichte -bei Stromzufuhr größer wird</span>; während -der <span class="gesp">Entladung</span> wird nach unserer Gleichung Schwefelsäure -verbraucht und Wasser gebildet, so daß die <span class="gesp">Konzentration</span> -der Säure <span class="gesp">abnimmt</span>.</p> - -<p>Wir wollen zunächst die in unserer Gleichung vorkommenden -Substanzen kurz besprechen und vor allem -zusehen, wieviel Gramm von jeder einzelnen pro Amperstunde -verbraucht oder gebildet werden.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page37">[37]</span></p> - -<p>Das Bleisuperoxyd hat eine braunrote Farbe. Es -leitet in der festen Form, wie es auf den Platten der -Akkumulatoren vorkommt, nach <span class="nowrap"><span class="gesp">Streintz</span><a -id="FNanchor27"></a><a href="#Footnote27" class="fnanchor">[27]</a></span> die Elektrizität -halb so gut wie Quecksilber. Der Verbrauch -pro Amperstunde kann folgendermaßen berechnet werden. -Auf 2 Atome Wasserstoff, die herauselektrolysiert -werden, kommt gemäß der Gleichung</p> - -<p class="equation">PbO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O</p> - -<p class="noindent">ein Molekül PbO<sub>2</sub>, das umgewandelt wird; auf 1 Gramm -Wasserstoff kommen also (206,5 + 32):2 = 119,25 g Bleisuperoxyd. -Da durch 96540 Coulomb 1 Gramm Wasserstoff -abgeschieden wird, so werden durch 1 Amperstunde -= 3600 Coulomb an Wasserstoff <span class="horsplit"><span class="top">3600</span><span class="bottom">96540</span></span> = 0,0373 g -entwickelt. Der Verbrauch an PbO<sub>2</sub> pro Amperstunde -beträgt also 119,25 . 0,0373 g = 4,46 Gramm.</p> - -<p>2) Das Blei ist ein weiches Metall von hohem -spezifischen Gewichte; sein elektrochemisches Äquivalent -ist, da es zweiwertig ist, <span class="horsplit"><span class="top">206,5</span><span class="bottom">2</span></span> = 103,25, also -ein sehr hohes (man vergleiche hiermit das Äquivalentgewicht -des dreiwertigen Aluminiums). Da die Träger -der aktiven Masse, d. h. der an dem chemischen Umsatze -beteiligten Stoffe, aus Blei bestehen müssen, so -ist der Bleiakkumulator ein schwerer Akkumulator. -Das aktive Blei ist porös, schwammig (Bleischwamm). -Pro Amperstunde, die der Akkumulator abgibt, müssen -0,0373 × <span class="horsplit"><span class="top">206,5</span><span -class="bottom">2</span></span> = 3,85 g Bleischwamm vorhanden sein.</p> - -<p>3) Verdünnte Schwefelsäure von der bei Akkumulatoren -üblicher Konzentration ist ein Elektrolyt<span class="pagenum" id="Page38">[38]</span> -von ausgezeichnetem Leitungsvermögen (näheres siehe -<a href="#Page60">Kap. 3</a>). Wenn 2 Atome Wasserstoff zur Abscheidung -gelangen, werden, wie man aus den beiden auf die -Entladung sich beziehenden Gleichungen ersieht, 2 Moleküle -Schwefelsäure verbraucht. Da das Molekulargewicht -der Schwefelsäure 98 ist, so kommen auf -1 g Wasserstoff 98 g Schwefelsäure. Verbrauch pro -Amperstunde also 3,66 g.</p> - -<p>4) Ähnlich findet man, daß pro Amperstunde -18 . 0,0373 = 0,67 Gramm Wasser bei der Entladung frei -werden.</p> - -<p>5) Das Bleisulfat ist in verdünnter Schwefelsäure -nur sehr wenig löslich; infolgedessen bleibt es an den -Elektroden haften. Die Löslichkeit hängt von der Säuredichte -ab; sie ist bei 1,22 Säuredichte ein Minimum, -es lösen sich in 1 l solcher Säure nur 12 <span class="nowrap">mgr.<a -id="FNanchor28"></a><a href="#Footnote28" class="fnanchor">[28]</a>.</span></p> - -<p><span class="gesp">Beweise für die Richtigkeit der Sulfattheorie -oder der <a href="#Gleich1_3">Gleichung 3</a>.</span> An der Tatsache, -daß sich an der negativen Elektrode bei der Ladung -Blei (und nur dieses) bildet, wird wohl kaum noch von -jemand gezweifelt; wohl aber wird hier und da bestritten, -daß sich an der positiven Platte nur Bleisuperoxyd -bildet. So z. B. behauptet <span class="nowrap">Darrieus<a id="FNanchor29"></a><a -href="#Footnote29" class="fnanchor">[29]</a>,</span> daß geladene -positive Platten Bleisuperoxyd enthalten, das mit Überschwefelsäure -durchtränkt ist. Die Bildung von Überschwefelsäure -ist bei normalen Verhältnissen aus verschiedenen -Gründen unwahrscheinlich; bei Ladung mit -sehr hoher Stromdichte, bei der die Klemmenspannung -einen hohen Betrag annimmt, ist sie allerdings nicht -unmöglich (s. <a href="#Page13">S. 13</a>), indem dann die Dichte der Säure<span class="pagenum" id="Page39">[39]</span> -in den Poren der aktiven Masse und in der nächsten -Umgebung, wie später gezeigt wird, stark ansteigt, und -großer Säuregehalt für die Bildung von Überschwefelsäure -günstig ist. Wird aber mit den üblichen Stromdichten -geladen, so daß die Spannung nicht über 2,7 -bis 2,8 Volt steigt (Ende der Ladung), so ist die Entstehung -von Überschwefelsäure höchst unwahrscheinlich.</p> - -<p>Der Akkumulator wäre ferner kein umkehrbares -Element, wenn Überschwefelsäure entstände, da der betreffende -Vorgang nicht reversibel ist; wir werden aber -sehen, daß die Helmholtz’sche Gleichung, auf den Akkumulator -angewendet, zu einem richtigen Werte für die -elektromotorische Kraft führt, daß also der Bleiakkumulator -zu den umkehrbaren Elementen zu rechnen ist. -Setzt man endlich dem Akkumulator <span class="nowrap">Überschwefelsäure<a -id="FNanchor30"></a><a href="#Footnote30" class="fnanchor">[30]</a></span> -zu, so sinkt die elektromotorische Kraft, während -sie bei der Ladung langsam steigt. [Durch Versuche -von <span class="nowrap"><span class="gesp">Mugdan</span><a id="FNanchor31"></a><a -href="#Footnote31" class="fnanchor">[31]</a></span> dürfte die Darrieus’sche Theorie -übrigens endgültig widerlegt sein.]</p> - -<p>Verschiedene Forscher haben durch chemische -Analyse nachgewiesen, daß sich Bleisuperoxyd in einer -unserer Gleichung entsprechenden Weise bildet. Ferner -spricht für die Bildung von Bleisuperoxyd folgender -Versuch. Kombiniert man eine geladene positive Akkumulatorplatte -in verdünnter Schwefelsäure mit einem -amalgamierten Zinkstab, so findet man, daß das betreffende -Element eine elektromotorische Kraft von -2,4 Volt hat; ersetzt man die Akkumulatorplatte durch -eine Bleiplatte, die mit einem Überzug von künstlich -dargestellten PbO<sub>2</sub> versehen ist, so hat diese Kombination<span class="pagenum" id="Page40">[40]</span> -ebenfalls eine elektromotorische Kraft von -2,4 Volt.</p> - -<p>Daß sich bei der Entladung Bleisulfat gemäß unserer -Gleichung bildet, kann durch Messungen der Säuredichte -nachgewiesen werden. Die einer bestimmten Strommenge -entsprechende Abnahme der Konzentration kann nämlich -aus der Menge der vorhandenen Säure und dem anfänglichen -spezifischen Gewichte derselben leicht berechnet -werden. <span class="gesp">W. Kohlrausch</span> und <span class="gesp">C. Heim</span>, die diesbezügliche -Messungen ausführten, fanden, daß die berechnete -Änderung der Säuredichte mit der durch Aräometermessung -gefundenen sehr gut <span class="nowrap">übereinstimmt<a id="FNanchor32"></a><a -href="#Footnote32" class="fnanchor">[32]</a>.</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="gesp">E.</span> <span class="nowrap"><span class="gesp">Sieg</span><a id="FNanchor33"></a><a -href="#Footnote33" class="fnanchor">[33]</a>,</span> der die Versuche in dem Laboratorium der Kölner -Akkumulatoren-Werke wiederholen ließ, fand, daß die nach unserer -Gleichung zu erwartende Bildung von 3,66 Gramm Schwefelsäure -nie beobachtet wurde. Wahrscheinlich wurden die gefundenen Abweichungen -durch die in den Poren der aktiven Masse eingeschlossene -Säure verursacht.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Den Nachweis, daß sich bei der Entladung aus -Blei, Bleisuperoxyd und Schwefelsäure im Sinne unserer -Gleichung Bleisulfat und Wasser bilden und <span class="gesp">zwar -primär</span> (stromliefernd, wie der chemische Umsatz im -Daniell-Elemente), kann man durch <span class="gesp">thermodynamische -Berechnungen</span> führen, indem man nämlich -die Helmholtz’sche Relation (s. <a href="#Page19">S. 19</a>) auf den Akkumulator -anwendet: Unserer von links nach rechts gelesenen -<a href="#Gleich1_3">Gleichung (3)</a> entspricht ein bestimmter chemischer -Umsatz, bei dem eine gewisse Wärmemenge -frei wird (die gesamte Energie des Systems nimmt ab). -Die Wärmetönung (Änderung der gesamten Energie),<span class="pagenum" id="Page41">[41]</span> -bezogen auf diejenigen Mengen Blei, Bleisuperoxyd und -Schwefelsäure, die einer Stromentnahme von 96540 Coulomb -entsprechen, sei q. Eine direkte Bestimmung von -q im Kalorimeter ist wegen des langsamen Verlaufes der -Reaktionen nicht ausführbar. Man kann aber aus bekannten -Wärmetönungen die dem Umsatze</p> - -<p class="equation">Pb + PbO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = 2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O</p> - -<p class="noindent">entsprechende Reaktionswärme berechnen. Hierbei benutzt -man den Satz der konstanten Wärmesumme; nach -diesem ist die Wärmetönung unabhängig von dem Wege, -auf dem man ein chemisches System aus einem gegebenen -Anfangszustand in einen bestimmten Endzustand -<span class="nowrap">überführt<a id="FNanchor34"></a><a href="#Footnote34" class="fnanchor">[34]</a>.</span></p> - -<p>q ist von der Dichte der Akkumulatorsäure abhängig. -Wir wollen zunächst annehmen, daß das spezifische -Gewicht der Säure 1,044 sei. Nach <span class="gesp">Streintz</span> -ist bei dieser Säuredichte die Wärmetönung q = 42850 cal., -nach <span class="gesp">Tscheltzow</span> beträgt sie 43850. Wir wählen -das arithmetische Mittel aus diesen beiden Werten, -setzen also</p> - -<p class="equation">q = 43350 cal.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page42">[42]</span></p> - -<p>Wir müssen noch, ehe wir die Gleichung</p> - -<p class="equation">E = <span class="horsplit"><span class="top">q</span><span class="bottom">23070</span></span> + c . T,</p> - -<p class="noindent">anwenden können, den <span class="gesp">Temperaturkoeffizienten</span> -des Akkumulators kennen. Dieser ist zuerst von <span class="gesp">Streintz</span> -experimentell bestimmt worden. Dieser Forscher fand, -daß c von der Säuredichte abhängig ist. Bei einer -Säuredichte von 1,16 erreicht er ein Maximum, dieses -beträgt 0,36 Millivolt pro 1° Temperaturänderung. -<span class="gesp">Dolezalek</span> bestimmte auf theoretischem Wege den -Temperaturkoeffizienten und gelangte zu dem Resultate, -daß <span class="gesp">derselbe sowohl positiv wie negativ sein -kann</span>. Bei einer Säuredichte von 1,044 ist <span class="nowrap">er<a -id="FNanchor35"></a><a href="#Footnote35" class="fnanchor">[35]</a></span> gleich -Null, bei höheren Konzentrationen ist er positiv, bei -niedrigeren negativ. Hat die Akkumulatorsäure die übliche -Dichte, nämlich 1,18 bis 1,2 nach beendigter -Ladung, so ist c = 0,0004 Volt (angenähert).</p> - -<p>Da bei 1,044 Säuredichte (68,6 Gramm H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> pro -Liter) c = 0, so muß bei dieser Konzentration die Thomsonsche -Regel angewendet werden. Wird also durch -unsere <a href="#Gleich1_3">Gleichung (3)</a> der chemische Umsatz richtig -wiedergegeben, so muß die elektromotorische Kraft</p> - -<p class="equation">E = <span class="horsplit"><span class="top">43350</span><span -class="bottom">23100</span></span> = 1,88 Volt sein.</p> - -<p>Mißt man die elektromotorische Kraft bei der angegebenen -Säuredichte, so findet man den Wert 1,89 Volt.</p> - -<p>Bei der gewöhnlichen Säuredichte ist die Wärmetönung -etwas kleiner als 43350 cal. Die jetzt anzuwendende -Helmholtzsche Relation liefert aber trotzdem<span class="pagenum" id="Page43">[43]</span> -einen höheren Wert für die elektromotorische Kraft -als den eben gefundenen (1,88 Volt), weil das Glied c . T -einen Wert von mehr als 0,1 Volt (bei 17° Celsius) hat. -Der berechnete und der gemessene Wert von E stimmen -auch jetzt vorzüglich überein.</p> - -<p>Da eine ganze Reihe von Beweisen für die Richtigkeit -unserer Behauptung beigebracht sind (s. auch <a href="#Page45">S. 45</a>), -daß der Akkumulator ein umkehrbares Element ist, in dem -sich die chemischen Veränderungen nach der <a href="#Gleich1_3">Gleichung -(3)</a> vollziehen, da ferner das ganze Verhalten des Akkumulators -mit der Reaktionsgleichung im Einklang -steht, so dürfte es überflüssig sein, auf andere Theorien -näher einzugehen.</p> - -<p>Von den Gegnern der Sulfattheorie wird folgender -Einwand erhoben. Wenn bei einem umkehrbaren galvanischen -Elemente der innere Widerstand sehr klein -ist, so darf die für die Ladung nötige Energie nicht -oder doch nur sehr wenig verschieden sein von der bei -der Entladung entnommenen Arbeit. Beim Bleiakkumulator -ist aber das Verhältnis zwischen der abgegebenen -und zugeführten elektrischen Energie nur -etwa 0,8. Diese Tatsache dürfte mit dem Charakter -der Irreversibilität unvereinbar sein.</p> - -<p>Ehe wir zeigen, daß gar kein Widerspruch gegen -die Sulfattheorie vorliegt, daß man vielmehr mit Hilfe -unserer Gleichung die Differenz zwischen Lade- und -Entladeenergie zwanglos erklären kann, wollen wir uns -beschäftigen mit der <span class="gesp">Änderung der elektromotorischen -Kraft mit der</span> <span class="nowrap"><span class="gesp">Säurekonzentration</span><a id="FNanchor36"></a><a -href="#Footnote36" class="fnanchor">[36]</a>.</span><span class="pagenum" id="Page44">[44]</span> -Diese wurde zuerst von <span class="gesp">Streintz</span> nachgewiesen; nach -seinen Untersuchungen ist zu Anfang der Entladung</p> - -<p class="equation">E = 1,85 + 0,917 (s - 1),</p> - -<p class="noindent">wo s das spezifische Gewicht der Säure nach der -Ladung ist. Man findet mit Hilfe dieser Gleichung, -daß</p> - -<table summary="s und E"> - -<tr> -<td rowspan="5" class="center padl0 padr0 top">für</td> -<td class="center padl1 padr1">s =</td> -<td class="left padl0 padr5">1,05</td> -<td class="center padl1 padr1">E =</td> -<td class="left padl0 padr0">1,896</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">s =</td> -<td class="left padl0 padr5">1,1</td> -<td class="center padl1 padr1">E =</td> -<td class="left padl0 padr0">1,942</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">s =</td> -<td class="left padl0 padr5">1,2</td> -<td class="center padl1 padr1">E =</td> -<td class="left padl0 padr0">2,033</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">s =</td> -<td class="left padl0 padr5">1,3</td> -<td class="center padl1 padr1">E =</td> -<td class="left padl0 padr0">2,125</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">s =</td> -<td class="left padl0 padr5">1,55</td> -<td class="center padl1 padr1">E =</td> -<td class="left padl0 padr0">2,350</td> -</tr> - -</table> - -<p>Diese Werte stimmen mit den durch direkte Messung -gefundenen ziemlich gut überein.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Es liegt die Frage nahe, warum man in der Praxis bei einer -Säuredichte von 1,1 bis 1,2 geblieben ist. Hier ist zu beachten, daß -die Löslichkeit des Bleisulfates bei hohen Konzentrationen stark zunimmt; -bei 1,6 Säuredichte ist sie etwa 4 mal so groß wie bei einer -Säuredichte von 1,16. Auch tritt bei höheren Säuredichten leichter -Sulfatierung ein (s. <a href="#Page105">Kap. 5</a>) und der spezifische Widerstand der verdünnten -Schwefelsäure liegt bei der üblichen Säuredichte nahe beim -Minimum, bei 1,6 ist er beinahe 3 mal so groß wie bei 1,2.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Wenn noch ein Zweifel an der Richtigkeit der Sulfattheorie -bestand, so würde dieser gehoben durch Untersuchungen -von <span class="gesp">Dolezalek</span> über die Abhängigkeit der -elektromotorischen Kraft von der Säuredichte; es ergab -sich, daß die durch Anwendung der Thermodynamik -berechneten Werte vorzüglich mit den experimentell gefundenen -übereinstimmten. Der den Berechnungen zu -Grunde liegende Gedanke ist folgender:</p> - -<p>Zwei Akkumulatoren, die wir mit <i>A</i> und <i>B</i> bezeichnen<span class="pagenum" id="Page45">[45]</span> -wollen, seien gegeneinander geschaltet: <i>A</i> enthalte -konzentriertere, <i>B</i> verdünntere Lösung (s. <a href="#Fig6">Fig. 6</a>). -Man findet, wenn man noch ein Galvanoskop einschaltet, -daß der Akkumulator <i>A</i> Strom abgibt. <i>A</i> wird also entladen -und <i>B</i> geladen.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig6"> -<p class="caption">Fig. 6.</p> -<img src="images/illo06.png" alt="Akkumulator" width="500" height="336" /> -</div> - -<p>Bei diesen Vorgängen wird</p> - -<div class="ladungentladung"> - -<p class="noindent">in <i>A</i> eine gewisse Menge PbO<sub>2</sub> verbraucht,</p> - -<p class="right">in <i>B</i> die gleiche Menge PbO<sub>2</sub> erzeugt,</p> - -<p class="noindent">in <i>A</i> eine gewisse Menge Pb verbraucht,</p> - -<p class="right">in <i>B</i> die gleiche Menge Pb erzeugt,</p> - -<p class="noindent">in <i>A</i> bildet sich eine gewisse Menge PbSO<sub>4</sub>,</p> - -<p class="right">in <i>B</i> verschwindet die gleiche Menge PbSO<sub>4</sub>.</p> - -</div><!--ladungentladung--> - -<p>Betrachten wir die beiden Akkumulatoren als ein -chemisches System, so folgt, daß sich die dem chemischen -Umsatze entsprechenden -Wärmetönungen, -soweit die -festen Substanzen in -Betracht kommen, -gegenseitig aufheben. -Ferner ändert sich in -beiden Akkumulatoren -die Konzentration -der Säure, und zwar -wird sie in <i>A</i> geringer -und in <i>B</i> größer. Die Änderungen der Säuredichte -kann man sich nun auch in der Weise vollzogen -denken, daß aus <i>A</i> Schwefelsäure nach <i>B</i> und aus <i>B</i> -Wasser nach <i>A</i> befördert wird. Diese Transporte (die -Wegnahme bezw. der Zusatz von Flüssigkeiten) sind -mit einem Arbeitsgewinn verbunden. Es ergibt sich -dies aus folgenden Betrachtungen.</p> - -<p>Wenn man in Wasser Schwefelsäure gießt, so wird -Wärme frei, und zwar ist die Wärmeentwickelung<span class="pagenum" id="Page46">[46]</span> -bei der Mischung von a <span class="nowrap">Grammolekül<a -id="FNanchor37"></a><a href="#Footnote37" class="fnanchor">[37]</a></span> Schwefelsäure -und b Grammolekül Wasser nach Thomson</p> - -<p class="equation">w = <span class="horsplit"><span class="top">a . b</span><span class="bottom">1,8 a + b</span></span>.17860 cal.</p> - -<p class="noindent">Nehmen wir an, daß wir 1 Mol Schwefelsäure nicht -auf einmal, sondern in kleinen Quantitäten nach und -nach dem Wasser zusetzen, etwa jedesmal 1 Gramm; es -wird dann keineswegs bei jedem Zusatz die gleiche Wärmemenge -frei, sondern zuerst eine größere als später. Es -folgt dies schon aus dem Umstande, daß keine Wärme -entwickelt wird, wenn man zu konzentrierter Schwefelsäure -reine Schwefelsäure gießt. Wird umgekehrt einer -Schwefelsäurelösung Schwefelsäure entzogen, so wird -Wärme gebunden, und zwar ist die (negative) Wärmetönung -um so kleiner, je größer die Konzentration der -Säure ist. Nennen wir also die Wärmeentwickelung, -die der Beimischung von a Gramm Schwefelsäure zu -der Säure des Akkumulators <i>B</i> entspricht, q<sub>1</sub>, und den -Wärmeverbrauch bei der Wegnahme von a Gramm -Schwefelsäure aus <i>A</i> q<sub>2</sub>, so ist q<sub>1</sub>>q<sub>2</sub>. Für die Wärmeentwickelung -und den Wärmeverbrauch, mit der die -Beimischung und Entnahme des Wassers verbunden -ist, gilt das Umgekehrte wie eben. Die Wärmetönung -des stromliefernden Prozesses besteht also aus vier -Posten, von denen zwei positiv und zwei negativ sind.</p> - -<p>Wollen wir die Helmholtz’sche Relation (s. <a href="#Page19">S. 19</a>) -auf das System, bestehend aus den beiden gegeneinander -geschalteten Akkumulatoren, anwenden, so haben wir -für e die Differenz der beiden elektromotorischen Kräfte<span class="pagenum" id="Page47">[47]</span> -(ΔE) zu setzen; die in der Gleichung mit c bezeichnete -Größe ist nicht etwa der Temperaturkoeffizient eines -der beiden Akkumulatoren, vielmehr hat c in dem vorliegenden -Falle folgende Bedeutung. A sowohl wie B -möge um 1° Celsius erwärmt werden, dann nimmt ΔE -einen etwas anderen Wert an, der neue Wert sei ΔE′. -Es ist dann</p> - -<p class="equation">c = ΔE′ - ΔE.</p> - -<p>Da man die Temperaturkoeffizienten des Akkumulators -für die verschiedenen Säuredichten kennt, so -kann man den Temperaturkoeffizienten des Systems -und somit auch ΔE bestimmen. Es sind also alle -Größen zur Berechnung der elektromotorischen Kraft -(ΔE) mit Hilfe der Helmholtz’schen Gleichung bekannt.</p> - -<p>Von der Besprechung des anderen Weges, den -Dolezalek angibt, die Änderung der elektromotorischen -Kraft mit der Säuredichte zu berechnen, soll abgesehen -werden. Aus der folgenden Tabelle ist zu ersehen, -wie groß die Übereinstimmung zwischen Rechnung -und Messung ist.</p> - -<table class="deltae" summary="Übereinstimmung zwischen Rechnung und Messung"> - -<tr> -<th rowspan="2">Säuredichte</th> -<th colspan="4">Elektromotorische Kraft</th> -</tr> - -<tr> -<th colspan="2">berechnet</th> -<th colspan="2">gemessen</th> -</tr> - -<tr> -<td>1,553</td> -<td>2,39</td> -<td>Volt</td> -<td>2,355</td> -<td>Volt</td> -</tr> - -<tr> -<td>1,420</td> -<td>2,25</td> -<td>„</td> -<td>2,253</td> -<td>„</td> -</tr> - -<tr> -<td>1,266</td> -<td>2,10</td> -<td>„</td> -<td>2,103</td> -<td>„</td> -</tr> - -<tr> -<td>1,154</td> -<td>2,06</td> -<td>„</td> -<td>2,008</td> -<td>„</td> -</tr> - -<tr> -<td>1,035</td> -<td>1,85</td> -<td>„</td> -<td>1,887</td> -<td>„</td> -</tr> - -</table> - -<p>Der Berechnung der elektromotorischen Kraft des -Akkumulators bei verschiedenen Konzentrationen der -Säure liegt die Annahme zugrunde, daß der Verbrauch -an Schwefelsäure und die Bildung von Wasser in -einer unserer Reaktionsgleichung entsprechenden Weise -erfolgt. Die gute Übereinstimmung zwischen den berechneten -und den gemessenen Werten der elektromotorischen<span class="pagenum" id="Page48">[48]</span> -Kraft kann daher als ein weiterer überzeugender -Beweis für die Richtigkeit der Sulfattheorie -angesehen werden.</p> - -<p>Wir gehen jetzt auf den früher erwähnten Einwand -gegen die Sulfattheorie näher ein. Nach dieser -wird bei der Ladung des Akkumulators an beiden Elektroden -Bleisulfat zersetzt und Schwefelsäure gebildet, -und zwar entsteht die Säure sowohl an der Oberfläche -der Platten als auch in den Poren der <span class="gesp">aktiven</span> -<span class="nowrap"><span class="gesp">Masse</span><a id="FNanchor38"></a><a href="#Footnote38" -class="fnanchor">[38]</a>.</span> Die an den Plattenoberflächen entstandene -Säure sinkt, wie man an der sogenannten Schlierenbildung -gut erkennen kann, langsam zu Boden. Da -aber während der Ladung fortwährend Schwefelsäure -entsteht, so ist jede Elektrode in eine sehr dünne -Schwefelsäureschicht eingehüllt. Ferner füllt sich -kurze Zeit nach Beginn der Ladung jede Pore der aktiven -Masse mit stark konzentrierter Säure; diese wird -in den Poren mechanisch festgehalten (Kapillarität) und -kann nur durch Diffusion in den Elektrolyten außerhalb -der Platten <span class="nowrap">gelangen<a id="FNanchor39"></a><a -href="#Footnote39" class="fnanchor">[39]</a>.</span> Die Diffusion aber ist -ein Vorgang, der sich nur langsam vollzieht. Die aktive -Masse ist also in Berührung mit Säure höherer -Konzentration. Da aber die elektromotorische Kraft -des Akkumulators mit der Säuredichte nicht unerheblich -ansteigt, so ist die Gegenspannung während der -Ladung anormal hoch (s. auch <a href="#Page82">S. 82</a>).</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die mittels des Aräometers nachweisbare Zunahme der Konzentration -der Säure (zwischen den Platten, die wir die äußere -Säure nennen wollen) hat zwar auch ein Wachstum der elektromotorischen<span class="pagenum" id="Page49">[49]</span> -Kraft zur Folge. Die dieser Zunahme entsprechende -Änderung der elektromotorischen Kraft beträgt nur einige Hundertstel -Volt.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Während der Entladung wird an beiden Elektroden -Säure verbraucht; die Folge ist, daß die Konzentration -der Säure in den Poren der aktiven Masse und unmittelbar -an der Oberfläche stark abnimmt. Die elektromotorische -Kraft hat daher einen kleineren Wert als -denjenigen, welcher der <span class="nowrap">Dichte<a id="FNanchor40"></a><a -href="#Footnote40" class="fnanchor">[40]</a></span> der äußeren Säure -entspricht.</p> - -<p>Der Unterschied zwischen Lade- und Entladespannung -ist der Hauptgrund für den verhältnismäßig -geringen Nutzeffekt (s. <a href="#Page73">S. 73</a>). Da dieser nun mit Hilfe -der Sulfattheorie erklärt ist, so liegt natürlich kein -Widerspruch vor.</p> - -<p>Wenn die Ladespannung deshalb größer wäre, weil -die Vorgänge bei der Ladung nicht die umgekehrten -sind wie bei der Entladung, so müßte, wenn man -plötzlich von der Entladung zur Ladung übergeht oder -umgekehrt, die Spannung sich sprungweise ändern; der -Versuch zeigt aber, daß dieses nicht der Fall ist.</p> - -<p>Falls die aus der Sulfattheorie hergeleitete Erklärung -für den Unterschied zwischen Lade- und Entladespannung<span class="pagenum" id="Page50">[50]</span> -den Tatsachen entspricht, muß dieser -Unterschied, wenn man mit sehr geringer Stromdichte -lädt und entlädt, verschwindend klein werden. Ein einfacher -Versuch zeigt, daß dieser Schluß der Wirklichkeit -entspricht.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Ein Akkumulator von etwa 14 Amperstunden Kapazität (bei -3stündiger Entladung) wurde mit einem Strome von 0,12 Amper geladen. -Ein Millivoltmeter von Siemens und Halske mit Vorschaltwiderstand -zeigte</p> - -<table summary="Spannungen"> - -<tr> -<td colspan="6" class="right">vor Beginn der Ladung</td> -<td class="right">2,01</td> -<td class="center padl1 padr1">Volt</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">nach</td> -<td class="center padl1 padr1">einer</td> -<td class="center padl1 padr1">Ladezeit</td> -<td class="center padl1 padr1">von</td> -<td class="right">1</td> -<td class="center padl1 padr1">Min.</td> -<td class="right">2,02</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="right">15</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="right">2,03</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="right">35</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="right">2,04</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="right">45</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -<td class="right">2,04</td> -<td class="center padl1 padr1">„</td> -</tr> - -</table> - -<p>Wurde die Ladestromquelle abgeschaltet und dem Akkumulator -sofort ein Strom von 0,12 Amper entnommen, so sank die Spannung -nur um 1-2 Millivolt. — Zu beachten ist übrigens bei dem Versuche, -daß der durch das Ampermeter gehende Strom nur zum -Teil Ladestrom ist, indem der durch das Voltmeter fließende Strom -mitgemessen wird. Bei meinem Versuche nahm das Voltmeter 0,11 -Amp. auf, so daß die Ladestromquelle 0,23 Amp. abgeben mußte.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die bisherigen Darlegungen berechtigten zu der -Aufstellung der These, daß <span class="gesp">nur diejenigen Theorien, -die über den Bleiakkumulator aufgestellt -sind, einer streng wissenschaftlichen -Prüfung Stand halten, nach denen der -Akkumulator ein umkehrbares Element im -Sinne unserer Reaktionsgleichung</span> (<a href="#Page36">Seite 36</a>) -ist. — Es sei hier darauf aufmerksam gemacht, daß -unsere Gleichung nur besagt, daß das System PbO<sub>2</sub> + -Pb + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> bei der Entladung übergeht in das System -2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O und daß bei der Ladung das letztere -System in das erstere übergeführt wird. Auf die Frage, -wie diese Umwandlung erfolgt, gibt uns natürlich unsere -Gleichung keine Auskunft; jedoch müssen alle Vorgänge<span class="pagenum" id="Page51">[51]</span> -bei der Ladung stromliefernd (primär) erfolgen, ähnlich -wie es bei dem Daniell-Elemente der Fall <span class="nowrap">ist<a -id="FNanchor41"></a><a href="#Footnote41" class="fnanchor">[41]</a>.</span></p> - -<p>Der eben genannten Bedingung genügen die Theorie -von Le Blanc und diejenige von C. Liebenow, die wir -ausführlich besprechen wollen.</p> - -<p><span class="gesp">Theorie von Le Blanc.</span> I. <i>Entladung</i>. <span class="gesp">Le -Blanc</span> nimmt an, daß Bleisuperoxyd in verdünnter -Schwefelsäure in geringem Maße löslich ist. Die in -Lösung gegangenen PbO<sub>2</sub>-Moleküle bleiben aber nicht -als solche in der Flüssigkeit, sondern verbinden sich -mit Wasser unter Bildung von vierwertigen Bleiionen -und Hydroxylionen:</p> - -<div class="numreaction" id="Gleich2_1"> - -<div class="links"> -<p>PbO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O = Pb<sup class="plus">····</sup> + 4OH′</p> -</div> - -<div class="rechts"> -<p>(1).</p> -</div> - -</div><!--numreaction--> - -<div class="blquote"> - -<p class="allclear">Da es chemische Verbindungen gibt, in denen das Blei vierwertig -ist, so können auch vierwertige Bleiionen existieren; das Salz -PbCl<sub>4</sub>, dessen Existenz nachgewiesen ist, wird sich sicher nach der -Gleichung</p> - -<p class="equation">PbCl<sub>4</sub> = Pb<sup class="plus">····</sup> + 4Cl′</p> - -<p class="noindent">in Wasser dissoziieren. Daß ferner ein chemischer Prozess zu einer -Ionenbildung führt, hat nichts Befremdendes mehr, wenn man die -Ionen als chemische Verbindungen ansieht (s. <a href="#Page6">S. 6</a>).</p> - -<p>Ferner haben <span class="gesp">Rixon</span> und <span class="nowrap"><span class="gesp">Elbs</span><a -id="FNanchor42"></a><a href="#Footnote42" class="fnanchor">[42]</a></span> nachgewiesen, daß sich in -gebrauchter Akkumulatorsäure verhältnismäßig erhebliche Mengen von -vierwertigem Blei befinden, nämlich bis 0,17 g Pb(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> im Liter. -Auch wurde festgestellt, daß frisch dargestelltes Bleisuperoxyd in -Schwefelsäure zum Teil in Pb(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> überging:</p> - -<p class="equation">PbO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> ⇄ Pb(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die mit positiver Elektrizität beladenen Bleiionen<span class="pagenum" id="Page52">[52]</span> -wandern mit dem Strome und geben, an der positiven -Elektrode angelangt, an diese zwei Ladungen ab:</p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">····</sup> = -Pb<sup class="plus">··</sup> + 2⊕.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Von den vier Elektronen sind, so wollen wir zur Erklärung -hinzufügen, zwei nur locker gebunden, so daß sie leichter abgegeben -werden als die beiden anderen; ähnlich wie Superoxyde leicht ein -Atom Sauerstoff verlieren.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Das doppelt geladene Bleiion verbindet sich mit -einem SO<sub>4</sub>-Ion zu einem Molekül Bleisulfat. (Die -Konzentration der Bleiionen steigt in den Poren der -aktiven Masse stark an, so daß diese das Bestreben -haben, den Ionenzustand zu verlassen.) Da Bleisulfat -nur in geringem Maße in verdünnter Schwefelsäure -löslich ist, so ist der Elektrolyt in den Poren der -aktiven Masse und dicht an der Oberfläche der Bleisuperoxydplatte, -nachdem sich eine kleine Menge dieses -Salzes gebildet hat, mit schwefelsaurem Blei gesättigt; -es wird sich also bei Stromentnahme Bleisulfat auf der -positiven Elektrode niederschlagen.</p> - -<p>Die beiden Ladungen, die das vierwertige Bleiion -abgegeben hat, fließen durch die Leitung, gelangen zur -negativen Elektrode und gehen mit einem Bleiatom in -die Lösung.</p> - -<p>Pb + 2⊕ = Pb<sup class="plus">··</sup> (s. <a href="#Ref02">elektrolyt. Lösungstension</a>).</p> - -<p>Wie an der positiven Elektrode verbindet sich auch -hier das Bleiion mit einem SO<sub>4</sub>-Ion zu einem Molekül -Bleisulfat, das sich niederschlägt.</p> - -<p>Zwischen den beiden Elektroden spielen sich -folgende Vorgänge ab. Wie wir gesehen haben, werden -zwei SO<sub>4</sub>-Ionen verbraucht, so daß vier Wasserstoffionen -im Überschuß vorhanden sind; nun sind aber -auch durch die Bildung des vierwertigen Bleiions -4 Hydroxylionen entstanden (siehe <a href="#Gleich2_1">Gleichung 1</a> a. <a href="#Page51">S. 51</a>). -Vor der Stromentnahme war aber der Elektrolyt an<span class="pagenum" id="Page53">[53]</span> -letzterer Ionenart gesättigt. Die Dissoziation von -4 Molekülen <span class="nowrap">Wasser<a id="FNanchor43"></a><a -href="#Footnote43" class="fnanchor">[43]</a></span> muß daher zurückgehen; zwischen -den Elektroden geht also die Reaktion vor sich</p> - -<p class="equation">4H<sup class="plus">·</sup> + 4OH′ = 4H<sub>2</sub>O.</p> - -<p>Die verbrauchten Wasserstoff- und SO<sub>4</sub>-Ionen -werden ersetzt durch Dissoziation von 2 Molekülen H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Wir wollen die Vorgänge übersichtlich zusammenstellen:</p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">a)</span> An der positiven Elektrode.</p> - -<p id="Ref08">1. PbO<sub>2</sub>-Moleküle gehen in Lösung und verbinden sich nach der -Gleichung:</p> - -<p id="Ref07">2. PbO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O = -Pb<sup class="plus">····</sup> + 4OH′.</p> - -<p id="Ref06">3. Die Bleiionen, die mit dem Strome wandern, geben an die -positive Elektrode zwei Ladungen (Elektronen) ab:</p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">····</sup> = -Pb<sup class="plus">··</sup> + 2⊕.</p> - -<p>Die beiden Elektronen gehen durch die Leitung hindurch zur -Bleiplatte (s. <a href="#Ref03">Nr. 6</a>).</p> - -<p id="Ref04">4. Pb<sup class="plus">··</sup> + SO<sub>4</sub>′′ = PbSO<sub>4</sub>.</p> - -<p id="Ref05">5. Bleisulfat schlägt sich nieder.</p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">b)</span> An der negativen Elektrode.</p> - -<p id="Ref03">6. Die beiden angekommenen positiven Elektronen treten, an -ein Bleiatom gebunden, durch die elektrolytische Lösungstension -getrieben, in den Elektrolyten ein:</p> - -<p class="equation">Pb + 2⊕ = Pb<span class="horsplit"><span class="top noline">/ ⊕</span><span -class="bottom">\ ⊕</span></span>.</p> - -<p id="Ref10">7. Wie bei <a href="#Ref04">Nr. 4</a>.</p> - -<p id="Ref09">8. Wie bei <a href="#Ref05">Nr. 5</a>.</p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">c)</span> Zwischen den Elektroden.</p> - -<p id="Ref11">9. 4H<sup class="plus">·</sup> + 4OH′ = 4H<sub>2</sub>O und</p> - -<p id="Ref12">10. 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = 4H<sup class="plus">·</sup> + 2SO<sub>4</sub>′′.</p> - -<p>Addiert man die sämtlichen Gleichungen und <span class="nowrap">kürzt<a -id="FNanchor44"></a><a href="#Footnote44" class="fnanchor">[44]</a>,</span> so erhält -man die Gleichung</p> - -<p class="equation">PbO<sub>2</sub> + Pb + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = 2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>II. <i>Ladung</i>. Es wird gezeigt, daß sich jetzt die -Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge und in umgekehrtem -Sinne abspielen.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page54">[54]</span></p> - -<p>Bleisulfat ist in verdünnter Schwefelsäure in geringem -Maße löslich. Ein Teil der Bleisulfatmoleküle -spaltet sich elektrolytisch nach der Gleichung</p> - -<p class="equation">PbSO<sub>4</sub> = Pb<sup class="plus">··</sup> + SO<sub>4</sub>′′.</p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">a)</span> Positive Elektrode.</p> - -<p>1. Auflösung von Bleisulfat — Umkehrung von <a href="#Ref05">I, 5</a>.</p> - -<p>2. Dissoziation des Bleisulfats — Umkehrung -von <a href="#Ref04">I, 4</a>.</p> - -<p>3. Das Bleiion nimmt an der positiven Elektrode -noch zwei Ladungen auf</p> - -<p class="noindent"><span class="padl6">Pb<sup class="plus">··</sup> + 2⊕ = -Pb<sup class="plus">····</sup> (Umkehrung von <a href="#Ref06">I, 3</a>).</span></p> - -<p>4. Erreicht die Konzentration der vierwertigen -Bleiionen (die nur in ganz minimaler Menge existieren -können) einen gewissen Grad, so verbinden sie sich -mit vorhandenen Hydroxylionen zu Bleisuperoxyd und -<span class="nowrap">Wasser<a id="FNanchor45"></a><a href="#Footnote45" class="fnanchor">[45]</a>:</span></p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">····</sup> + 4OH′ = -PbO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O (Umkehrung von <a href="#Ref07">I, 2</a>).</p> - -<p>5. Bleisuperoxyd ist nur in sehr geringer Menge -in der Säure löslich (existenzfähig); es schlägt sich -somit in den Poren und auf der <span class="nowrap">Oberfläche<a id="FNanchor46"></a><a -href="#Footnote46" class="fnanchor">[46]</a></span> der aktiven -Masse nieder (Umkehrung von <a href="#Ref08">I, 1</a>).</p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">b)</span> Negative Elektrode.</p> - -<p>6. PbSO<sub>4</sub> geht in Lösung (Umkehrung von <a href="#Ref09">I, 8</a>).</p> - -<p>7. Dissoziation des Bleisulfates (Umkehrung von <a href="#Ref10">I, 7</a>).</p> - -<p>8. Das Bleiion wird von der negativen Elektrode -angezogen, gibt seine beiden Ladungen ab (geht in den -atomistischen Zustand über) und schlägt sich nieder -(Umkehrung von <a href="#Ref03">I, 6</a>).</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page55">[55]</span></p> - -<p class="noindent"><span class="padl2">c)</span> Zwischen den Elektroden.</p> - -<p>Es sind zwei neue SO<sub>4</sub>-Ionen in die schon von -vornherein mit diesen Ionen gesättigte Lösung gekommen -(nämlich durch Dissoziation der beiden Bleisulfatmoleküle); -anderseits sind, da vier OH-Ionen verbraucht -wurden, vier Wasserstoffionen überschüssig.</p> - -<p>Die beiden Ionenarten verbinden sich miteinander -zu Schwefelsäure</p> - -<p class="equation">4H<sup class="plus">·</sup> + 2SO<sub>4</sub>′′ = -2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> (Umkehrung von <a href="#Ref12">I, 10</a>).</p> - -<p>Die verbrauchten Hydroxyl- und Wasserstoffionen -werden nachgeliefert durch Dissoziation von vier Molekülen -Wasser</p> - -<p class="equation">4H<sub>2</sub>O = 4H<sup class="plus">·</sup> + 4OH′ (Umkehrung von <a href="#Ref11">I, 9</a>).</p> - -<p>Daß auch jetzt Addition aller Gleichungen, Kürzung -und Vereinfachung zu unserer Reaktionsgleichung führt, -ist selbstverständlich.</p> - -<p id="Ref15"><span class="gesp">Theorie von Liebenow.</span> Auch Liebenow nimmt -an, daß Bleisulfat in geringem Maße in der Schwefelsäure -löslich sei und sich in Blei- und Sulfationen spalte. -Ein wesentlicher Unterschied mit der eben entwickelten -Theorie besteht nun darin, daß Liebenow die Entstehung -von Bleisuperoxydionen in dem Elektrolyten annimmt. -Diese bilden sich entweder dadurch, daß sich ein <span class="nowrap">Teil<a -id="FNanchor47"></a><a href="#Footnote47" class="fnanchor">[47]</a></span> -der vorhandenen Bleiionen mit Sauerstoffionen vereinigt -nach der Gleichung</p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">··</sup> + 2O′′ = PbO<sub>2</sub>′′</p> - -<p class="noindent">oder hydrolytisch (unter Mitwirkung des Wassers):</p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">··</sup> + 2H<sub>2</sub>O = -PbO<sub>2</sub>′′ + 4H<sup class="plus">·</sup>.</p> - -<p>Letzteres wird im folgenden angenommen. Um -diese Theorie glaubhaft zu machen, mußte die Existenz<span class="pagenum" id="Page56">[56]</span> -von PbO<sub>2</sub>-Ionen nachgewiesen werden. Diesen Nachweis -zu erbringen, gelang <span class="gesp">Liebenow</span> und <span class="gesp">Strasser</span> -<span class="nowrap">folgendermaßen<a id="FNanchor48"></a><a href="#Footnote48" class="fnanchor">[48]</a>.</span> -Eine Zelle wurde mit Kalilauge gefüllt, -die mit Bleioxyd gesättigt war. Die in die Zelle -tauchenden Elektroden waren mit einer für die Ionen -durchlässigen Hülle umgeben, so daß nach Beendigung -des Versuches die jede Elektrode umgebende Flüssigkeit -für sich allein analysiert werden konnte. War die -Flüssigkeit längere Zeit elektrolysiert worden, so fand -man, daß der Bleigehalt des die <span class="gesp">positive</span> Elektrode -umhüllenden Elektrolyten größer geworden war (ungleiche -Wanderungsgeschwindigkeit der verschiedenen -Ionenarten, s. <a href="#Page30">S. 30</a>).</p> - -<p>Daraus folgt, daß sich das Kaliumplumbit Pb(KO)<sub>2</sub> -nicht in der Weise dissoziiert, daß Bleiionen entstehen. -Denn hätten sich Bleiionen gebildet, so wären diese als -positive Ionen nach der Kathode hingewandert, und man -hätte dort eine Zunahme des Bleigehaltes beobachtet -haben müssen. Mithin muß das Blei einen Bestandteil -von <span class="gesp">negativen</span> Ionen bilden, es muß mit negativen -Ionen an die Kathode gelangt sein. Man muß also annehmen, -daß das Kaliumplumbit sich elektrolytisch nach -der Gleichung</p> - -<p class="equation">Pb(KO)<sub>2</sub> = PbO<sub>2</sub>′′ + 2K<sup class="plus">·</sup></p> - -<p class="noindent">spaltet, d. h. daß Bleisuperoxydionen existieren.</p> - -<p>Wegen der „Überspannung‟ (s. <a href="#Page13">S. 13</a>) werden nun -bei Stromzufuhr die Ionen des Bleies und des Bleisuperoxyds -leichter, d. h. bei geringerer Klemmenspannung, -herauselektrolysiert als die übrigen Ionen, die -sich in der verdünnten Schwefelsäure <span class="nowrap">befinden<a -id="FNanchor49"></a><a href="#Footnote49" class="fnanchor">[49]</a>.</span> Obschon<span class="pagenum" id="Page57">[57]</span> -die Konzentration der Pb<sup class="plus">··</sup> und der PbO<sub>2</sub>′′ eine -nur ganz geringe ist, so kann ihre Abscheidung, falls -nicht die Stromdichte gar zu sehr gesteigert wird, in -einer dem Faradayschen Gesetze entsprechenden Weise -erfolgen. Denn sobald ein Bleiion und (gleichzeitig) ein -Bleisuperoxydion abgeschieden ist, erfolgt neue Dissoziation -von zwei Molekülen Bleisulfat, von denen das -eine mit Wasser ein neues Bleisuperoxydion bildet. Das -infolge der Elektrolyse verbrauchte Bleisulfat wird dem -Elektrolyten zugeführt von dem Vorrate, der an den -Elektroden angehäuft ist (bei der vorhergegangenen -Entladung entstanden).</p> - -<p>Da sich während der Elektrolyse (Ladung) die -negative Elektrode mit einer an Dicke allmählich zunehmenden -Schicht metallischen Bleies und die positive -Platte mit Bleisuperoxyd bedeckt, so wird nach einer -gewissen Zeit des Stromdurchganges dem Bleisulfat der -Eintritt in die Lösung immer mehr erschwert. Je ärmer -der Elektrolyt an Bleisulfat bezw. an Blei- und Bleisuperoxydionen -wird, um so mehr muß die Zersetzungsspannung -gesteigert werden (s. Ladung, <a href="#Page80">Kap. 4</a>).</p> - -<p>Durch Dissoziation der beiden Bleisulfatmoleküle -werden 2 neue SO<sub>4</sub>-Ionen gebildet; diese verbinden sich -mit den vier Wasserstoffionen, die durch die Reaktion -zwischen dem Bleiion und dem Wasser entstanden sind, -zu 2 Molekülen Schwefelsäure.</p> - -<p>Wir wollen auch jetzt die Vorgänge bei der <span class="gesp">Ladung</span> -kurz zusammenstellen.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page58">[58]</span></p> - -<p>Bleisulfat löst sich; 2 Moleküle spalten sich:</p> - -<p class="equation">2PbSO<sub>4</sub> = 2Pb<sup class="plus">··</sup> + 2SO<sub>4</sub>′′.</p> - -<p>Ein Bleiion reagiert mit Wasser:</p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">··</sup> + 2H<sub>2</sub>O = -PbO<sub>2</sub>′′ + 4H<sup class="plus">·</sup>.</p> - -<p>Das Bleiion gibt an der negativen Elektrode seine -beiden Ladungen ab und schlägt sich nieder:</p> - -<p class="equation">Pb<sup class="plus">··</sup> + 2⊖ = -<span class="nowrap">Pb<a id="FNanchor50"></a><a href="#Footnote50" class="fnanchor">[50]</a>.</span></p> - -<p>Das Bleisuperoxydion gibt an der positiven Elektrode -seine beiden Ladungen ab und schlägt sich nieder:</p> - -<p class="equation">PbO<sub>2</sub>′′ + 2⊕ = PbO<sub>2</sub>.</p> - -<p>Endlich:</p> - -<p class="equation">4H<sup class="plus">·</sup> + 2SO<sub>4</sub>′′ = 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>.</p> - -<p>Man überzeugt sich leicht, daß man durch Addition -der fünf vorhergehenden Gleichungen die Reaktionsgleichung -des Akkumulators erhält.</p> - -<p>Es soll noch kurz gezeigt werden, daß sich bei -der <span class="gesp">Entladung</span> alle eben geschilderten Vorgänge in -umgekehrtem Sinne abspielen.</p> - -<p>Das Blei sendet positive Ionen in die Lösung und -wird negativ geladen; an der positiven Elektrode treten -Bleisuperoxydionen in den Elektrolyten ein. Da nur -ganz minimale Mengen von Blei- und Bleisuperoxydionen -in dem Elektrolyten existieren können, so treten -die Bleiionen mit SO<sub>4</sub>-Ionen zu Bleisulfat zusammen, und -jedes Bleisuperoxydion vereinigt sich mit vier Wasserstoffionen -zu einem Bleiion und zwei Molekülen Wasser:</p> - -<p class="equation">PbO<sub>2</sub>′′ + 4H<sup class="plus">·</sup> = -Pb<sup class="plus">··</sup> + 2H<sub>2</sub>O.</p> - -<p>Jetzt ist ein SO<sub>4</sub>-Ion im <span class="nowrap">Überschuß<a -id="FNanchor51"></a><a href="#Footnote51" class="fnanchor">[51]</a></span> vorhanden; -dieses verbindet sich mit dem neuen Bleiion zu Bleisulfat. -Die vier verbrauchten Wasserstoffionen und die<span class="pagenum" id="Page59">[59]</span> -beiden dem Elektrolyten entzogenen SO<sub>4</sub>-Ionen werden -neu gebildet durch Dissoziation von zwei Molekülen -Schwefelsäure</p> - -<p class="equation">2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = 4H<sup class="plus">·</sup> + 2SO<sub>4</sub>′′.</p> - -<p>Auf das Anwachsen der Klemmenspannung während -der Ladung und die allmähliche Abnahme derselben bei -der Entladung soll im vierten Kapitel näher eingegangen -werden.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote25"><a href="#FNanchor25"><span class="label">[25]</span></a> Die Untersuchungen sind zusammengestellt in seinem Werke: -Recherches sur l’Électricité.</p> - -<p id="Footnote26"><a href="#FNanchor26"><span class="label">[26]</span></a> <span class="gesp">Dolezalek</span>, -Die Theorie des Bleiakkumulators.</p> - -<p id="Footnote27"><a href="#FNanchor27"><span class="label">[27]</span></a> Siehe die Schrift: Das Akkumulatorenproblem. Sammlung -elektrotechnischer Vorträge. S. 3.</p> - -<p id="Footnote28"><a href="#FNanchor28"><span class="label">[28]</span></a> Siehe <span class="gesp">Streintz</span>, l. c. S. 4.</p> - -<p id="Footnote29"><a href="#FNanchor29"><span class="label">[29]</span></a> Näheres siehe <span class="gesp">P. Schoop</span>, -Die Sekundär-Elemente. 1. Teil.</p> - -<p id="Footnote30"><a href="#FNanchor30"><span class="label">[30]</span></a> Diese greift übrigens Blei leicht an und -würde die baldige -Zerstörung der Platten herbeiführen.</p> - -<p id="Footnote31"><a href="#FNanchor31"><span class="label">[31]</span></a> Zeitschr. f. Elektrochemie, 1899, S. 309.</p> - -<p id="Footnote32"><a href="#FNanchor32"><span class="label">[32]</span></a> Die Bildung von Schwefelsäure bei der Ladung kann man -bei Zellen mit Glaswänden direkt beobachten (Schlieren); bei der -Entladung steigen Schlieren aufwärts.</p> - -<p id="Footnote33"><a href="#FNanchor33"><span class="label">[33]</span></a> <span class="gesp">E. Sieg</span>, Die Akkumulatoren. -Leipzig 1901. S. 9.</p> - -<p id="Footnote34"><a href="#FNanchor34"><span class="label">[34]</span></a> Folgendes einfaches Beispiel diene zur Erläuterung: -Die unbekannte -Wärmetönung des Prozesses C + O = CO soll bestimmt -werden:</p> - -<table summary="Beispiel"> - -<tr> -<td rowspan="3" class="left padr1 bot">Addiert:</td> -<td class="left">C + 2O = CO<sub>2</sub>,</td> -<td class="left padl1">Wärmetönung</td> -<td class="left padl1 padr1">pos.,</td> -<td class="left padr1">sie</td> -<td class="left">betrage</td> -<td class="right padr1">q<sub>1</sub></td> -<td>cal.</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left">CO<sub>2</sub> = CO + O,</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl1 padr1">neg.,</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="right padr1">-q<sub>2</sub></td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left"><span class="bt">C + 2O + CO<sub>2</sub> = CO<sub>2</sub> + CO + O,</span></td> -<td class="left padl1">Wärmetönung</td> -<td colspan="3"> </td> -<td class="right padr1"><span class="bt">q<sub>1</sub> - q<sub>2</sub></span></td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left padr1">oder</td> -<td class="left">C + O = CO</td> -<td class="center">„</td> -<td colspan="3"> </td> -<td class="right padr1">q<sub>1</sub> - q<sub>2</sub></td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -</table> - -<p>Man denkt sich also auf einem Umwege die Bildung von Kohlenoxyd -aus Kohlenstoff und Sauerstoff vollzogen: Aus Kohlenstoff und Sauerstoff -sei Kohlendioxyd entstanden, dieses sei durch Anwendung hoher -Temperatur in Kohlenoxyd und Sauerstoff zerlegt. Die dem letzteren -Prozesse entsprechende Wärmetönung ist negativ, weil bei der -umgekehrten Reaktion</p> - -<p class="equation">CO + O = CO<sub>2</sub></p> - -<p>Wärme gewonnen wird.</p> - -<p id="Footnote35"><a href="#FNanchor35"><span class="label">[35]</span></a> Die -Änderung der elektromotorischen Kraft mit der Temperatur -kann man durch Gegeneinanderschalten zweier Akkumulatoren -(+ mit +, - mit - verbunden) demonstrieren, von denen der eine -in ein Wasserbad gestellt wird.</p> - -<p id="Footnote36"><a href="#FNanchor36"><span class="label">[36]</span></a> Wenn der Elektrolyt an der Stromlieferung (dem chemischen -Umsatze) beteiligt ist, so ist eine Änderung der elektromotorischen -Kraft mit der Säuredichte zu erwarten. Diejenigen, welche behaupten, -daß „die Schwefelsäure nur als elektrolytischer Leiter -diene‟ und daß „die Sulfatbildung ein rein sekundärer Prozeß sei‟, -müssen folgern, daß die elektromotorische Kraft unabhängig ist von der -Säuredichte. — Diesbezügliche Messungen sind an vollgeladenen -Zellen vorzunehmen, denen man eine geringe Menge Elektrizität -entnommen hat.</p> - -<p id="Footnote37"><a href="#FNanchor37"><span class="label">[37]</span></a> Unter -einem Grammolekül (abgekürzt „Mol‟) einer Substanz -versteht man soviele Gramme der betr. Substanz wie das Molekulargewicht -anzeigt. Das Molekulargewicht der Schwefelsäure ist 98, -mithin ist ein Mol H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> gleich 98 g H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>.</p> - -<p id="Footnote38"><a href="#FNanchor38"><span class="label">[38]</span></a> Die Masse, die sich in den Schichten befindet, in denen -sich der chemische Umsatz abspielt, nennt man aktive Masse.</p> - -<p id="Footnote39"><a href="#FNanchor39"><span class="label">[39]</span></a> Die Diffusionsvorgänge -sind von M. U. <span class="gesp">Schoop</span> näher -untersucht worden. Siehe Sammlung elektrotechnischer Vorträge, -Bd. V. Stuttgart 1903. F. Enke.</p> - -<p id="Footnote40"><a href="#FNanchor40"><span class="label">[40]</span></a> Die Konzentrationsänderungen an beiden Elektroden sind -nicht die gleichen. Zunächst nämlich bewirkt die ungleiche Wanderungsgeschwindigkeit -der beiden Ionenarten eine Konzentrationsverschiebung, -sie strebt die Konzentration an der positiven Elektrode -zu erhöhen und an der negativen zu vermindern. Ferner wird -durch die Wasserbildung an der positiven Elektrode dort die Konzentration -verringert. Drittens spielt die Porosität der aktiven Masse -eine Rolle. Je größer nämlich die Porosität ist, umsomehr Säure -steht für den chemischen Umsatz im Innern der Platten zur Verfügung, -umso weniger sinkt die Konzentration. <span class="gesp">Mugdan</span> wies nach, -daß die Konzentrationspolarisation an der positiven Elektrode die -größere ist.</p> - -<p id="Footnote41"><a href="#FNanchor41"><span class="label">[41]</span></a> Selbst durch einfache -Umsatzgleichungen werden kompliziertere -Verhältnisse wiedergegeben. Die Gleichungen sind einfach, weil -sie nur den Anfangs- und den Endzustand sowie die Gewichtsverhältnisse -angeben. Wenn man auf die Frage, wie sich der Umsatz -vollzieht, näher eingeht, so findet man, daß sich auch bei den einfachsten -Reaktionen verschiedene Vorgänge abspielen müssen.</p> - -<p id="Footnote42"><a href="#FNanchor42"><span class="label">[42]</span></a> Zeitschr. für Elektrochemie, 1903, <b>9</b>, 267.</p> - -<p id="Footnote43"><a href="#FNanchor43"><span class="label">[43]</span></a> 4H<sub>2</sub>O = -4H<sup class="plus">·</sup> + 4OH′.</p> - -<p id="Footnote44"><a href="#FNanchor44"><span class="label">[44]</span></a> Dies ist gestattet, da die zusammenfassende Endgleichung -nur angeben soll, welche Substanzen vor und welche nach der Entladung -vorhanden sind.</p> - -<p id="Footnote45"><a href="#FNanchor45"><span class="label">[45]</span></a> Nennt man die Konzentration der vierwertigen Bleiionen in -der mit PbO<sub>2</sub> gesättigten Lösung (in den Poren) c<sub>1</sub>, diejenige der -OH-Ionen c<sub>2</sub>, so erfolgt das Zusammentreten dieser beiden Ionenarten, -sobald c<sub>1</sub>.c<sub>2</sub> einen gewissen Wert erreicht hat.</p> - -<p id="Footnote46"><a href="#FNanchor46"><span class="label">[46]</span></a> Dort spielen -sich nämlich die zur Entstehung des Bleisuperoxydes -führenden Vorgänge ab.</p> - -<p id="Footnote47"><a href="#FNanchor47"><span class="label">[47]</span></a> Der Einfachheit halber wollen wir im folgenden annehmen, -daß von zwei durch Dissoziation des Bleisulfates entstandenen Bleiionen -eines in ein Bleisuperoxydion übergeht.</p> - -<p id="Footnote48"><a href="#FNanchor48"><span class="label">[48]</span></a> Zeitschr. f. Elektrochemie, 1896, S. 420 und 653.</p> - -<p id="Footnote49"><a href="#FNanchor49"><span class="label">[49]</span></a> Die Ionen haben das Bestreben, ihre Ladungen zu behalten, -das häufig als <span class="gesp">Haftintensität</span> bezeichnet wird und mit der chemischen -Affinität verglichen werden kann. Diese ist für die verschiedenen -Ionenarten verschieden groß. Diejenigen Ionen, deren -Haftintensität am geringsten ist, werden am leichtesten, d. h. bei der -geringsten Spannung abgeschieden. Damit ist die Möglichkeit gegeben, -aus einer Mischung verschiedener Elektrolyte, z. B. zweier -Salze, die positiven Ionen nacheinander herauszuelektrolysieren.</p> - -<p id="Footnote50"><a href="#FNanchor50"><span class="label">[50]</span></a> Die beiden -negativen Ladungen liefert die Stromquelle, ebenso -die für die Entionisierung des Bleisuperoxydiones nötige positive -Elektrizität.</p> - -<p id="Footnote51"><a href="#FNanchor51"><span class="label">[51]</span></a> Den vier -H<sup class="plus">·</sup> der vorigen Gleichung entsprechen zwei SO<sub>4</sub>′′.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page60">[60]</span></p> - -<h2><span class="firstline">3. Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Kapazität, Wirkungsgrad, Nutzeffekt, innerer Widerstand.</span></h2> - -<p id="Ref16">1. <span class="gesp">Kapazität.</span> Unter der Kapazität eines Akkumulators -versteht man diejenige Elektrizitätsmenge, -ausgedrückt in Amperstunden, die der Akkumulator, -wenn er nach Vorschrift behandelt wird, abgeben kann. -Vor allem muß der Akkumulator, wenn man seine -Kapazität bestimmen will, vorschriftsmäßig geladen -werden (s. <a href="#Page80">Kap. 4</a>); ferner ist zu berücksichtigen, daß -bei der Entladung eine gewisse Stromstärke nicht überschritten -werden darf; die Entladung hat man als beendigt -anzusehen, wenn die anfängliche Spannung um -etwa 10% gesunken ist.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Meistens haben die beiden Elektroden eine ungleiche Kapazität; -natürlich ist dann praktisch die Kapazität des Elementes durch diejenige -der Elektrode mit geringerer Kapazität gegeben.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Bei der gewöhnlichen Säuredichte ist die elektromotorische -Kraft des vollgeladenen Akkumulators -2,03 Volt, sodaß man mit der Entladung solange fortfahren -kann, bis die Klemmenspannung etwa 1,8 Volt -beträgt (nicht die elektromotorische Kraft, s. <a href="#Page105">S. 105</a>). -Wird ein Akkumulator mit der konstanten Stromstärke J -entladen, und dauert die Entladung in dem angegebenen -Sinne t Stunden, so beträgt die Kapazität (bei t-stündiger -Entladung) J × t Amperstunden.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page61">[61]</span></p> - -<p>Da die Elektrizität, die ein Akkumulator abgibt, -aus chemischer Energie entsteht, so hängt die Kapazität -von der Menge des Bleischwammes und der Menge -des Bleisuperoxydes ab, die sich in Bleisulfat umwandeln -können. Der Umsatz kann natürlich nur dort -erfolgen, wo die wirksame Masse mit Schwefelsäure -in Berührung steht und wo sie Kontakt mit der Unterlage -hat. Die Tiefe, bis zu der die Stromlinien (besser -gesagt: Der Elektrolyt) in die Platten eindringen, beträgt -nur Bruchteile eines Millimeters; sie ist etwas -größer, wenn sich in der aktiven Masse poröse Substanzen -befinden. Man ist daher, wenn man die Kapazität -eines Akkumulators und damit seine Leistung -steigern will, darauf angewiesen, die Oberfläche der -Platten zu vergrößern. Es sei hier die Bemerkung -eingeschoben, daß man in der Technik zwischen der -<span class="gesp">projizierten</span> Oberfläche, wie sie sich durch Multiplikation -von Länge und Breite ergibt, und der <span class="gesp">wirksamen</span>, -d. h. der von dem Elektrolyten benetzten Oberfläche -unterscheidet; letztere nennt man auch die -<span class="gesp">abgewickelte</span> Oberfläche. Diese beiden sind umsomehr -von einander verschieden, je poröser die aktive -Masse ist, und je mehr Rippen, Zähne oder dergleichen -sich auf der Platte befinden. Ist die gesamte projizierte -Oberfläche der positiven Elektrode a dm<sup>2</sup> und -die Stromstärke J Amp., so ist <span class="horsplit"><span -class="top">J</span><span class="bottom">a</span></span> die <span class="gesp">Stromdichte</span>, -bezogen auf 1 dm<sup>2</sup>.</p> - -<p id="Ref22">Würde man bei Elementen für größere Leistungen -nur <span class="gesp">eine</span> positive und eine negative Platte benutzen, -so würde die Zelle unförmlich große Dimensionen haben. -Man vereinigt daher in einem Elemente fast immer -mehrere kleinere positive und negative Platten; die gleichnamigen -Platten werden durch Bleileisten miteinander<span class="pagenum" id="Page62">[62]</span> -verbunden (s. <a href="#Page132">Kap. 7</a>). Die Verwendung mehrerer positiver -und negativer Platten gewährt noch einen anderen -Vorteil; enthält nämlich eine Zelle nur zwei Platten -(<span class="gesp">eine</span> positive und <span class="gesp">eine</span> negative), so sind fast nur -die beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen an der -Stromlieferung <span class="nowrap">beteiligt<a id="FNanchor52"></a><a -href="#Footnote52" class="fnanchor">[52]</a>,</span> es werden also bei jeder -Platte nur etwa 50% der Gesamtoberfläche ausgenutzt. -Besteht der Akkumulator aber aus einer positiven und -zwei negativen Platten, so sind von 6 Flächen nur 2 -an dem chemischen Umsatze im beschränktem Maße -beteiligt, d. h. nur etwa 33<sup>1</sup>⁄<sub>3</sub>% usw.</p> - -<p>Die Anzahl der negativen Platten ist immer um 1 -größer als die der positiven, wenn die Zelle mehr als -zwei Platten enthält; die erste, dritte usw. letzte Platte -ist negativ. Ist also die Kapazität pro Quadratdezimeter -projizierter Oberfläche bei der negativen Platte die -gleiche wie bei der positiven, so ist die Gesamtkapazität -der negativen etwas größer als diejenige der -positiven. Im Laufe der Zeit vergrößert sich, wie -später gezeigt wird, die Kapazität der Positiven im -Vergleich zu derjenigen der Negativen. Durch die angedeutete -Anordnung wird also verhindert, daß die -gesamte Kapazität der Positiven von derjenigen der -Negativen später stark verschieden ist. Positive Platten -werden auch aus dem Grunde nicht als Endplatten -benutzt, weil sie, einseitig beansprucht, sich krümmen.</p> - -<p>Die <span class="gesp">Kapazität</span> eines gegebenen Akkumulators -<span class="gesp">hängt</span> in hohem Maße von der <span class="gesp">Entladestromstärke</span> -ab. Bei der Entladung nämlich wird Säure für<span class="pagenum" id="Page63">[63]</span> -die Sulfatbildung verbraucht, so daß stets neue Säure -in die Poren der aktiven Masse eindringen muß. Wird -nun mit großer Stromdichte entladen, so kann die für -den chemischen Umsatz nötige Säure nicht schnell genug -in das Innere der Platten eindringen (hineindiffundieren), -so daß die elektromotorische Kraft, die ja von der -Säuredichte abhängig ist, stark abnimmt, obschon noch -größere Mengen von Blei und Bleisuperoxyd vorhanden -sind; wenn ferner keine Schwefelsäure mehr in Berührung -mit der aktiven Masse ist, so hört der chemische -Umsatz, d. h. der stromliefernde Prozeß, auf.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Meines Erachtens spielen hier auch die Volumänderungen, mit -denen der chemische Umsatz verbunden ist, eine Rolle. Das aus -1 Gramm Blei oder Bleisuperoxyd entstandene Bleisulfat nimmt einen -größeren Raum ein als das Blei oder Bleisuperoxyd. Während der -Entladung werden sich daher die vorhandenen Poren verengen und -mit Bleisulfat ganz ausfüllen. Wird mit schwachem Strom entladen, -so verengt sich die Pore in den verschiedenen Querschnitten nahezu -gleichmäßig; bei großer Stromdichte aber wird sie hauptsächlich an -der dem Elektrolyten zugewendeten Seite enger oder verstopft sich; -die Säurediffusion wird sehr erschwert und hört bald auf. Bei der -Ladung verringert sich das Volumen der aktiven Masse, und die Poren -erweitern sich. Nach dieser Erklärung müßte die <span -class="nowrap">Aufnahmefähigkeit<a id="FNanchor53"></a><a href="#Footnote53" class="fnanchor">[53]</a></span> -bei der Ladung (Ladungskapazität) weniger von der Stromdichte -abhängig sein als die Kapazität bei der Entladung. Die Erfahrung -zeigt, daß dies in der Tat der Fall ist.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Ferner muß man schließen, daß die <span class="gesp">Kapazität -der Negativen in höherem Maße von der Entladezeit</span> -oder von der Stromdichte bei der Entladung -<span class="gesp">abhängig ist</span> als die Kapazität der Positiven.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Denn der Unterschied im Volumen einer bestimmten Menge -(z. B. 3,85 Gramm) Blei und des daraus gebildeten Bleisulfates ist -größer als die Differenz des Volumens der äquivalenten Menge Bleisuperoxyd -(z. B. 4,46 Gramm) und des aus diesem entstandenen -Bleisulfats.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page64">[64]</span></p> - -<p>Durch eingehende Untersuchung gelangt auch <span class="gesp">E. Sieg</span> zu diesem -Resultate (l. c. S. 83), er findet nämlich, „daß die Bleischwammplatten -(und zwar Großoberflächen- und gepastete Platten) bei genau gleicher -„absoluter‟ Kapazität, d. h. derjenigen Kapazität, die von den Platten -geleistet werden kann, wenn die Entladestromstärke sehr klein gewählt -wird, gegen Erhöhung der Beanspruchung empfindlicher sind als Superoxydplatten‟. -Daraus würde sich dann der Schluß ergeben, daß bei -Akkumulatoren, die mit großer Stromdichte entladen werden sollen, -die absolute Kapazität der negativen Platten größer zu wählen ist -als diejenige der positiven.</p> - -<p><span class="gesp">Dolezalek</span> folgert aus dem Umstande, daß die Konzentrationsänderungen -an der Superoxydelektrode erheblich größer sind als an -der Bleischwammelektrode (weil an ersterer auch Wasser gebildet -wird), daß die Kapazität der Superoxydelektrode geringer sein muß -als die einer aus gleicher Paste formierten Bleischwammplatte (l. c. -S. 86). Wenn demnach die Konzentrationsänderungen allein maßgebend -wären, so müßte die positive Platte die empfindlichere sein.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Man kann weiter schließen, daß die Kapazität von -der Porosität der aktiven Masse abhängig sein wird, -besonders bei Entladungen mit großer Stromdichte. -Auch die Dicke der Schicht, in der sich der chemische -Umsatz vollzieht, spielt eine Rolle.</p> - -<p>Da ferner bei der Ladung die Substanzen gebildet -werden, die sich bei der Entladung in Bleisulfat umwandeln, -so ist es selbstverständlich, daß die Art der -vorhergegangenen Ladung auf die Kapazität einen Einfluß -ausübt. Je geringer die Stromdichte bei dieser -Ladung war, um so mehr Bleischwamm ist auf der -negativen Platte vorhanden und um so mehr PbO<sub>2</sub> auf -der positiven.</p> - -<p>Bei stationären Akkumulatoren (Beleuchtungsanlagen) -geht man in der Regel nicht unter dreistündige -Entladezeit herab. Nennt man die Kapazität bei dreistündiger -Entladung c<sub>3</sub> und die bei zehnstündiger c<sub>10</sub>, -so gilt meistens mit großer Annäherung die Beziehung -c<sub>3</sub> : c<sub>10</sub> = 26:35 oder ungefähr = 3:4.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page65">[65]</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="nowrap"><span class="gesp">Schröder</span><a id="FNanchor54"></a><a -href="#Footnote54" class="fnanchor">[54]</a></span> gelangte auf Grund von Untersuchungen an -Akkumulatoren der Akkum.-Fabrik Akt.-Ges. Hagen i. W. zu der -Formel</p> - -<p class="equation">K · ∛<span class="bt">J<sup>2</sup></span> = m,</p> - -<p>wo K die Kapazität in Amperstunden, J die Entladestromstärke und -m eine für den betreffenden Akkumulator charakteristische Konstante -ist. Für die meistens in der Praxis vorkommenden Intervalle von -J liefert die Formel hinreichend genaue Werte. — C. <span class="gesp">Liebenow</span> -fand, daß für schwache Entladungen</p> - -<p class="equation">K = <span class="horsplit"><span class="top">m</span><span class="bottom">1 + c . J</span></span></p> - -<p class="noindent">(m und c sind Konstante).</p> - -<p class="blankbefore">Nach <span class="nowrap"><span class="gesp">Peukert</span><a id="FNanchor55"></a><a -href="#Footnote55" class="fnanchor">[55]</a></span> ist</p> - -<p class="equation">J<sup>n</sup>.t = const.,</p> - -<p class="noindent">wo J die Entladestromstärke, t die Entladedauer, n einen durch das -Experiment zu bestimmenden Faktor bedeutet; n lag bei den untersuchten -Typen zwischen 1,35 und 1,72.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die gesamte Elektrizitätsmenge, die man einem -Akkumulator entnehmen kann, ist, um es noch einmal -zu wiederholen, durch das Gewicht des vorhandenen -bezw. zugänglichen Bleischwammes und Bleisuperoxydes -gegeben. Soll beispielsweise ein Akkumulator bei 10stündiger -Entladung 100 Amperstunden abgeben, so -müssen auf der negativen Elektrode <span class="gesp">mindestens</span> -385 Gramm Bleischwamm und auf der positiven mindestens -446 Gramm Bleisuperoxyd angehäuft sein (siehe -<a href="#Page37">S. 37</a>). In Wirklichkeit müssen aber größere Mengen -der wirksamen Massen vorhanden sein, da auch bei -10stündiger Entladung nicht alles Pb und nicht alles -PbO<sub>2</sub> umgewandelt wird.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Eine vollständige Ausnutzung des vorhandenen aktiven Materials -ist sogar theoretisch nicht möglich, weil PbSO<sub>4</sub> ein sehr -schlechter Leiter ist. Nach Roloff werden bei 3stündiger Entladung<span class="pagenum" id="Page66">[66]</span> -bei den Positiven 45%, bei den Negativen 25% der anfänglich vorhandenen -aktiven Masse ausgenutzt.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Natürlich mußten dem Akkumulator, wenn er 100 -Amperstunden abgeben soll, bei der vorhergegangenen -Ladung mindestens 100 Amperstunden zugeführt worden -sein. Es ist allerdings denkbar, daß ein Akkumulator -<span class="gesp">ein Mal</span> mehr Elektrizität abgibt, als man bei der -Ladung in ihn hineingeschickt hat, indem nämlich Blei -und Bleisuperoxyd, das bei der vorletzten Entladung nicht -in Bleisulfat verwandelt wurde, jetzt verbraucht wird.</p> - -<p>Da die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladezeit -im engsten Zusammenhange mit den Diffusionsvorgängen -steht, so kann man voraussagen, daß die -Änderungen für die verschiedenen Systeme nicht die -gleichen sind; bei Großoberflächenplatten (s. <a href="#Page116">Kap. 6</a>) wird -diese Abhängigkeit nicht so groß sein, wie bei pastierten -Platten.</p> - -<p>Außer von der Entladestromstärke hängt die Kapazität -von der Dicke der aktiven Schicht, der Säuredichte -und von der Temperatur ab. Ist das Bleisuperoxyd -und ebenso der Bleischwamm als sehr dünner -Überzug auf einer großen Oberfläche verteilt, so kann -die für die Bleisulfatbildung nötige Säure leichter in -das Innere eindringen, als wenn die wirksame Masse -eine dickere Schicht mit kleinerer Oberfläche bildet.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Der Forderung möglichst dünne Platten zu Verwenden, stehen -folgende Bedenken im Wege: Die Lebensdauer der Platten verringert -sich, die Platten müssen eine gewisse mechanische Festigkeit -haben, bei sehr dünnen Platten ist nicht genügend Raum für -die Aufnahme der Paste vorhanden, der Widerstand der Platten -wird größer.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p><span class="gesp">Die Abhängigkeit der Kapazität von der -Säuredichte</span> hat zuerst <span class="nowrap"><span class="gesp">Heim</span><a -id="FNanchor56"></a><a href="#Footnote56" class="fnanchor">[56]</a></span> näher -untersucht.<span class="pagenum" id="Page67">[67]</span> -Er fand, daß die Kapazität, wenn man die Säuredichte -vergrößert, zuerst steigt und dann wieder abnimmt; -das Maximum lag bei einem spezifischen Gewichte von -1,1. Nach <span class="gesp">Earle</span> ist die Kapazität am größten, wenn -die Säuredichte etwa gleich 1,25 ist. Da bei dieser -Dichte verdünnte Schwefelsäure (genauer bei 1,22) das -Maximum der Leitfähigkeit besitzt, so darf man die -Kapazität als eine Funktion des Leitungsvermögens -des Elektrolyten ansehen, ein Schluß, der mit unseren -früheren Überlegungen in Einklang steht. Die Stromlinien -dringen eben um so tiefer in das Innere der aktiven -Masse ein, die Umwandlung in Bleisulfat ist um -so vollständiger, je besser die Säure leitet.</p> - -<p><span class="gesp">Der Einfluß der Temperatur auf die Kapazität</span> -ist ein nicht unerheblicher. Durch Messungen -von <span class="nowrap"><span class="gesp">Heim</span><a id="FNanchor57"></a><a -href="#Footnote57" class="fnanchor">[57]</a></span> ergab sich, daß die Kapazität pro -1° Temperaturerhöhung innerhalb der Grenzen 14° und -45° um 2,6% des der Temperatur 19° entsprechenden -Betrages stieg. Die Zunahme der Kapazität mit der -Temperatur kann durch den rascheren Ausgleich der Konzentrationsänderungen -(infolge größerer Beweglichkeit -der Säure), sowie durch die Zunahme des Leitungsvermögens -des <span class="nowrap">Elektrolyten<a id="FNanchor58"></a><a href="#Footnote58" -class="fnanchor">[58]</a></span> erklärt werden. In der -Praxis kann man von der Kapazitätssteigerung durch -Erwärmung der Säure schon aus dem Grunde keinen -Gebrauch machen, weil sie eine vorzeitige Abnutzung -der Platten zur Folge hat.</p> - -<p>Zu bemerken ist noch, daß bei einem Akkumulator, -der mit Ruhepausen entladen wird, die Kapazität eine -andere ist, als bei einem Elemente, das mit gleicher -Stromstärke ohne Unterbrechung beansprucht wird;<span class="pagenum" id="Page68">[68]</span> -sind die Ruhepausen nicht so groß, daß die Selbstentladung -während derselben merkliche Verluste verursacht -(siehe <a href="#Page106">S. 106</a>), so ist die Kapazität im ersteren -Falle die größere.</p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="gesp">B. Albrecht</span> fand, daß bei Akkumulatoren mit positiven -Großoberflächenplatten (s. <a href="#Page116">Kap. 6</a>) eine merkliche Zunahme der Kapazität -infolge der Ruhepausen nicht stattfand. Wahrscheinlich ist dieser -Umstand der Selbstentladung während der Ruhepausen zuzuschreiben. -Bei den Masseplatten wurde eine ganz bedeutende Zunahme der Kapazität -infolge der Unterbrechungen beobachtet, und zwar ist die -prozentuale Zunahme um so bedeutender, je größer die Entladestromstärke -ist. Die Untersuchungen wurden allerdings nur mit -Platten <span class="gesp">einer</span> Firma ausgeführt. (Näheres s. E. T. Z. 1907, S. 539.)</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Kapazität eines Akkumulators ändert sich im -Laufe der Zeit. In der Regel nimmt sie zuerst zu, -erreicht ein Maximum und sinkt dann. Hierbei ist zu -beachten, daß verschiedene Fabriken die Platten in -nicht fertig formiertem Zustande liefern, so daß in der -ersten Zeit die Formation fortschreitet und die Aufnahmefähigkeit -steigt. Auch bei Platten, die soweit als möglich -in der Fabrik formiert wurden, kann die Kapazität -wachsen; es gilt dies besonders von positiven Großoberflächenplatten -(s. Planté-Formation). Andererseits kann -die Kapazität im Gebrauche geringer werden, weil aktive -Masse aus dem Gitter herausfällt oder abbröckelt.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Wenn man zwischen Kohlenelektroden verdünnte Schwefelsäure -elektrolysiert, so findet man nach einiger Zeit auf dem Boden -zahlreiche kleine Kohlenpartikelchen. Diese werden von den Gasblasen -gleichsam abgerieben oder losgesprengt.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Über die Kapazitätsabnahme infolge der Verbleiung -siehe <a href="#Page132">Kap. 7</a>. Auch die Sulfatation hat einen Rückgang -der Kapazität zur Folge (s. <a href="#Page105">Kap. 5</a>).</p> - -<p>Die Beschaffenheit der Elektroden übt, wie -P. <span class="nowrap">Schoop<a id="FNanchor59"></a><a href="#Footnote59" -class="fnanchor">[59]</a></span> sagt, einen schwer kontrollierbaren Einfluß<span class="pagenum" id="Page69">[69]</span> -auf die Kapazität aus. Ist eine Batterie längere -Zeit nicht benutzt worden, so ist die Kapazität geringer. -Durch mehrmaliges Laden und Entladen muß -man dann die Platten auffrischen.</p> - -<p>Eine <span class="gesp">Kapazitätsprobe</span> wird bei der Abnahme -einer gelieferten Batterie ausgeführt; auch empfiehlt -es sich, eine solche vorzunehmen, wenn man über den -Zustand der Batterie im Zweifel ist, besonders wenn -sie längere Zeit nicht benutzt worden ist. Die Prüfung -geschieht folgendermaßen: Die Batterie wird mit normaler -Stromstärke (etwa der der fünfstündigen Ladung -entsprechenden) geladen; kurze Zeit nach der Ladung -soll die Entladung beginnen. Man reguliert die Stromstärke -so, daß sie den für die betreffende Entladezeit -(z. B. fünf Stunden) vorgeschriebenen Wert hat und hält -sie tunlichst konstant. Kann man den Strom nicht ausnutzen -(z. B. für den Betrieb von Motoren, oder für -elektrolytische Zwecke), so schaltet man die Batterie -auf einen regulierbaren Metall- oder Wasserwiderstand -(der Gebrauch des letzteren ist ziemlich unbequem -wegen der Schaumbildung, des Siedens der Flüssigkeit -usw.). Am einfachsten bestimmt man die abgegebene -Elektrizitätsmenge mittels eines Coulomb- oder -Amperstundenzählers; benutzt man hierfür ein Amperemeter, -so muß man in Zeitabschnitten von 10-15 Minuten -die Stromstärke ablesen. Durch ein mit den -Klemmen der Batterie verbundenes Voltmeter wird die -Spannung gemessen. Der Versuch ist natürlich abzubrechen, -wenn die untere Spannungsgrenze erreicht ist, -d. h. wenn die Klemmenspannung um etwa 10% der -anfänglichen gesunken ist. — Aus früheren Betrachtungen -ergibt sich übrigens, daß man durch eine einmalige -Entladung ein zuverlässiges Resultat nicht erhalten -kann.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page70">[70]</span></p> - -<p>Hat man gefunden, daß die Kapazität eines Akkumulators -zurückgegangen ist, so ist es von Wichtigkeit -zu wissen, ob die Ursache an der positiven oder an der -negativen Elektrode liegt. Um dies zu prüfen, bedient -man sich der <span class="gesp">Fuchsschen Methode</span>; das Verdienst, -diese in die Akkumulatorentechnik eingeführt -zu haben, gebührt C. <span class="nowrap"><span class="gesp">Liebenow</span><a -id="FNanchor60"></a><a href="#Footnote60" class="fnanchor">[60]</a>.</span> Man bedient sich -bei dieser Methode einer sogen. <span class="gesp">Hilfselektrode</span>, am -einfachsten eines amalgamierten Zinkstäbchens oder am -besten eines Kadmiumblechs; die <span class="nowrap">Meßelektrode<a -id="FNanchor61"></a><a href="#Footnote61" class="fnanchor">[61]</a></span> taucht -man so in die Säure ein, daß sie von möglichst wenig -Stromfäden getroffen wird. Sie bildet in verdünnter -Schwefelsäure sowohl mit Bleisuperoxyd als auch mit -dem Bleischwamm ein galvanisches Element. Die -elektromotorischen Kräfte e<sub>1</sub> und e<sub>2</sub> betragen bei der -gewöhnlichen Säuredichte bei Beginn der Entladung</p> - -<table summary="elektromotorische Kräfte"> - -<tr> -<td class="center padr1">für</td> -<td class="left">Zink</td> -<td class="padl2"> </td> -<td class="center padl1 padr1">und</td> -<td class="left">Bleisuperoxyd</td> -<td class="right padl1 padr1">2,41</td> -<td class="center padr0">Volt</td> -<td class="left padl0">,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td> </td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">Bleischwamm</td> -<td class="right padl1 padr1">0,40</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl0">,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td colspan="2" class="left">Kadmium</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">Bleisuperoxyd</td> -<td class="right padl1 padr1">2,17</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl0">,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td colspan="2" class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">Blei</td> -<td class="right padl1 padr1">0,16</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl0">.</td> -</tr> - -</table> - -<p>e<sub>1</sub> - e<sub>2</sub> ist, wenn die Zelle keinen Strom abgibt, -mit großer Annäherung die elektromotorische Kraft des -Akkumulators. Entnimmt man der Zelle Strom, so -ändern sich e<sub>1</sub> und e<sub>2</sub> etwas, und es ist jetzt ihre -Differenz gleich der Klemmenspannung, wenn der<span class="pagenum" id="Page71">[71]</span> -innere Widerstand des Elementes so klein ist, daß man -das Produkt i · w vernachlässigen kann.</p> - -<p>Man macht während der Entladung eine größere -Reihe von Messungen und trägt die Werte von e<sub>1</sub> und -e<sub>2</sub> sowie diejenigen für die Klemmenspannung auf Millimeterpapier -nach der Zeit auf, d. h. man macht die Zeit -zu Abszissen und die Spannungen zu Ordinaten. Man -erhält so drei Kurven, die den Verlauf der Klemmenspannung -und der elektromotorischen Kräfte der beiden -Kombinationen</p> - -<table summary="Kombinationen"> - -<tr> -<td class="center padr1 br">Hilfselektrode</td> -<td class="center padl1 padr1 br">verdünnte Schwefelsäure</td> -<td class="center padl1">Bleisuperoxyd</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center padr1 br">„</td> -<td class="center padl1 padr1 br">„</td> -<td class="center padl1">Bleischwamm</td> -</tr> - -</table> - -<p class="noindent">anzeigen. Die elektromotorischen Kräfte e<sub>1</sub> und e<sub>2</sub> -müssen sich bei fortschreitender Entladung einander -allmählich nähern, da die positive und die negative -Platte einander ähnlich werden. Bei gleicher Kapazität -der beiden Platten müssen offenbar die Kurven zur -selben Zeit, nämlich wenn die Klemmenspannung anfängt -abzufallen, stark umbiegen, die eine nach unten, die -andere nach oben.</p> - -<p>Nach <span class="gesp">Sieg</span> sind die positiven Platten entladen, -sobald sie gegen Kadmium unter 2 Volt anzeigen, die -negativen, sobald sie gegen Kadmium über 0,2 Volt -haben.</p> - -<p><span class="gesp">Liebenow</span> gelangt auf Grund seiner Beobachtungen -zu der Regel, daß die Fuchssche Methode -dann eindeutige Resultate gibt, wenn sie klar eine -wesentliche Verschiedenheit der Kapazität beider -Plattensorten anzeigt. Wenden sich dagegen die -beiden Kurven (e<sub>1</sub> und e<sub>2</sub>) beim Herabgehen der -Klemmenspannung gleichzeitig, so können positive und -negative Platten die gleiche Kapazität haben, es kann -aber auch die der einen kleiner sein als die der -anderen.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page72">[72]</span></p> - -<p><span class="nowrap"><span class="gesp">Wirkungsgrad</span><a -id="FNanchor62"></a><a href="#Footnote62" class="fnanchor">[62]</a>.</span> Nennt man die einem Elemente -während der Ladung zugeführte Elektrizitätsmenge, -ausgedrückt in Amperstunden (oder in Coulomb), -Q<sub>1</sub> und die während der Entladung von der -Zelle abgegebene Elektrizitätsmenge Q<sub>2</sub>, so ist</p> - -<p class="equation"><span class="horsplit"><span class="top">Q<sub>2</sub></span><span -class="bottom">Q<sub>1</sub></span></span> der Wirkungsgrad.</p> - -<p>Multipliziert man den erhaltenen Bruch mit 100, -so erhält man den Wirkungsgrad in Prozenten der -hineingeladenen Elektrizitätsmenge.</p> - -<p>Da Q<sub>1</sub> und Q<sub>2</sub> von der Stromdichte, also auch von -der Dauer der Ladung und Entladung, abhängig sind, -so empfiehlt es sich, mit derselben Stromdichte zu entladen, -mit der geladen wurde (s. <a href="#Page60">Kapazität</a>).</p> - -<p>Der Wirkungsgrad beträgt aus verschiedenen -Gründen weniger als 100% (in der Praxis nimmt -man 85-90% an). Stromverluste, die man bei Laboratoriumsversuchen -auf 3-4% herunterdrücken -kann, werden zum Teil durch eine schwache während -der ganzen Ladung erfolgende Gasbildung verursacht. -Je größer die Stromdichte bei der Ladung ist, um so -größer ist die durchschnittliche Klemmenspannung, um -so größer wird also auch der Bruchteil des Stromes, -der für die Gasbildung nutzlos verwertet wird. Besonders -während der „Überladung‟ (Ladung nach Beginn -des „Kochens‟) werden größere Elektrizitätsmengen -für die Abscheidung von Wasserstoff und Sauerstoff -verbraucht, die bei der Entladung nicht wiedergewonnen -werden. Bei einer Wirkungsgradbestimmung wird man -daher von einer Überladung absehen.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page73">[73]</span></p> - -<p>Kleine Verluste können auch dadurch verursacht -werden, daß während der Ladung Teilchen der aktiven -Masse durch die Gase abgekratzt oder losgesprengt -werden.</p> - -<p>Läßt man das Element nach erfolgter Ladung unbenutzt -stehen, so erfolgt Selbstentladung, die eine -Verringerung von Q<sub>2</sub> zur Folge hat. Je länger also -die zwischen Ladung und Entladung liegende Zeit ist, -um so geringer wird der Wirkungsgrad.</p> - -<p id="Ref17"><span class="nowrap"><span class="gesp">Nutzeffekt</span><a id="FNanchor63"></a><a -href="#Footnote63" class="fnanchor">[63]</a>.</span> Man versteht darunter den Quotienten, -den man erhält, wenn man die vom Akkumulator -während der Entladung abgegebene Energie -(gemessen in Wattstunden) durch die dem Akkumulator -bei der vorhergegangenen Ladung zugeführte Energie (in -Wattstunden) dividiert. Beispiel: Eine Zelle wurde mit -50 Amper 4 Stunden lang geladen; die mittlere Ladespannung -war 2,3 Volt; die dem Akkumulator zugeführte -Energie w<sub>1</sub> betrug</p> - -<p class="equation">w<sub>1</sub> = 2,3 . 50.4 Wattstdn. = 460 Wattstdn.</p> - -<p>Die Zelle wurde etwa <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub> Stunde nach der Ladung -mit 50 Amp. entladen; nach ungefähr 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub> Stunden -war die Spannung auf 1,8 Volt gesunken. Da die mittlere -Spannung, wie die Messungen ergaben, jetzt rund -1,9 Volt betrug, so belief sich die vom Akkumulator -abgegebene Leistung w<sub>2</sub> auf</p> - -<p class="equation">w<sub>2</sub> = 50 . 3,75 . 1,9 Wattstdn. = 356,25 Wattstdn.</p> - -<p>Mithin war in diesem Falle der Nutzeffekt gleich</p> - -<p class="equation"><span class="horsplit"><span class="top">w<sub>2</sub></span><span -class="bottom">w<sub>1</sub></span></span> = <span class="horsplit"><span -class="top">356,25</span><span class="bottom">460</span></span> = 0,77 oder 77%.</p> - -<p>Im Laboratorium kann man, wenn man mit geringer -Stromdichte lädt und entlädt, einen Nutzeffekt von 90%<span class="pagenum" id="Page74">[74]</span> -und noch mehr erzielen. Mit zunehmender Entladestromstärke -nimmt der Quotient ab. In der Praxis -rechnet man mit einem Nutzeffekte von 70-75%. -[Auf die Rolle, die die zwischen Ladung und Entladung -liegende Zeit spielt, ist schon aufmerksam gemacht -worden.]</p> - -<p>Man könnte der Ansicht sein, daß der Nutzeffekt -deshalb mit wachsender Entladestromstärke sinkt, weil -bei größerer Stromdichte der innere Widerstand des Akkumulators -zunimmt. Daß sich dieser mit der Stromstärke -und mit der Dauer der Zufuhr bezw. Entnahme -von Elektrizität etwas ändert, soll später nachgewiesen -werden. Einstweilen begnügen wir uns mit der Bemerkung, -daß der innere Widerstand auch kleiner -Zellen in den verschiedenen Stadien der Ladung und -Entladung und daher auch der Spannungsverlust im -Elemente (i · w) so klein ist, daß durch ihn der Nutzeffekt -nur in geringem Maße beeinflußt wird. Die -Gründe, weshalb der Nutzeffekt weit unter 100% liegt, -sind schon früher dargelegt worden; diese sind die -Konzentrationsänderungen und die Abhängigkeit der -elektromotorischen Kraft von der Säuredichte.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Daß durch die Konzentrationsänderungen, die sich sowohl bei -der Ladung wie bei der Entladung vollziehen, Arbeitsverluste verursacht -werden, kann man sich auch folgendermaßen klar machen. -Wenn man zwei Schwefelsäurelösungen verschiedener Konzentration -mischt, so wird Wärme frei; sollen umgekehrt die beiden miteinander -vermischten Säuren getrennt, soll also ein Konzentrationsunterschied -hergestellt werden, so muß Arbeit aufgewendet werden. Da nun im -Akkumulator durch den Strom ein Konzentrationsunterschied hergestellt -und aufrecht erhalten wird, so muß hierfür elektrische Energie -verbraucht werden. <span class="gesp">Dolezalek</span> leitet eine Formel für die betreffenden -Energieverluste ab, aus der sich ergibt, daß der Nutzeffekt abhängig -ist von dem mechanischen Bau (Porosität) der Platten, von -der Leitfähigkeit der Plattensäure, von der Stromstärke und von der -Zeit. Beachtenswert ist, daß diese Energieverluste, ebenso wie die der<span class="pagenum" id="Page75">[75]</span> -Jouleschen Wärme entsprechenden der Leitfähigkeit der Säure umgekehrt -proportional sind. Da nun Säure vom spezifischen Gewicht 1,22 -(ca. 30% Schwefelsäure) das Maximum der Leitfähigkeit besitzt, so -ist der Nutzeffekt bei dieser Säuredichte am größten.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Arbeitsverluste kann man graphisch bestimmen, -wenn man die Lade- und Entladekurve aufgenommen -hat. Wählt man nämlich für die beiden Kurven dieselben -Koordinatenachsen (Zeiten als Abszissen, Spannungen -als Ordinaten), so schließen dieselben eine Fläche -ein, die ein Maß für die Energieverluste ist. Um dies -zu beweisen, denken wir uns die Zeit in Abschnitte t<sub>1</sub>, t<sub>2</sub> -... zerlegt, die so klein sind, daß man von der Änderung -der Spannung während eines jeden Intervalls absehen -kann. Nennen wir die zugehörigen Spannungen -bei der Ladung E<sub>1</sub>, E<sub>2</sub> ..., bei der Entladung e<sub>1</sub>, e<sub>2</sub> ..., -und bezeichnen wir die (konstante) Stromstärke, die -bei der Ladung und Entladung die gleiche sein muß, -mit J, so ist die</p> - -<table class="dontwrap" summary="Ladungs- und Entladungsarbeit"> - -<tr> -<td class="left">Ladearbeit</td> -<td class="center padl1 padr1">während</td> -<td class="center">der</td> -<td class="center padl1 padr1">Zeit</td> -<td class="center">t<sub>1</sub></td> -<td class="center padl1 padr1">gleich</td> -<td class="left">E<sub>1</sub> · J · t<sub>1</sub>,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">t<sub>2</sub></td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">E<sub>2</sub> · J · t<sub>2</sub> ...</td> -</tr> - -<tr> -<td class="left">Entladearbeit</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">t<sub>1</sub></td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">e<sub>1</sub> · J · t<sub>1</sub>,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">t<sub>2</sub></td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">e<sub>2</sub> · J · t<sub>2</sub> ...</td> -</tr> - -</table> - -<p>Der Energieverlust in der Zeit t<sub>1</sub> ist mithin (E<sub>1</sub> - -e<sub>1</sub>) · J · t<sub>1</sub> oder proportional (E<sub>1</sub> - -e<sub>1</sub>) · t<sub>1</sub>. Durch dieses Produkt -wird aber das der Zeit t<sub>1</sub> entsprechende Stück -der zwischen den beiden Kurven liegenden Fläche dargestellt -usw.</p> - -<p>Der <span class="gesp">innere Widerstand</span> eines Akkumulators, -der bei Pufferbatterien (s. <a href="#Page166">Kap. 9</a>) eine wichtige Rolle -spielt, kann in drei Summanden zerlegt werden, nämlich -in den Widerstand, den der Strom in den verschiedenen -Teilen der positiven Platte (bezw. Platten) findet (w<sub>p</sub>), -denjenigen in der negativen Elektrode (w<sub>n</sub>) und den -<span class="pagenum" id="Page76">[76]</span>Widerstand in der Säure zwischen den Elektroden (w<sub>s</sub>). -Zu w<sub>p</sub> und w<sub>n</sub> ist auch derjenige Widerstand zu rechnen, -den die Elektrizität in der in den Poren befindlichen -Säure findet. Diese beiden Summanden, die unter sonst -gleichen Umständen bei <span class="gesp">Planté</span>-Platten einen anderen -Wert haben als bei <span class="gesp">Faure</span>-Platten, ändern sich im -Laufe der Ladung und Entladung. Je mehr Bleisulfat -nämlich zwischen den Blei- bezw. Bleisuperoxydpartikelchen -verteilt ist, um so größer werden w<sub>p</sub> und w<sub>n</sub>; -ferner steigt bezw. sinkt die Konzentration der Säure -in den Poren; endlich hat die Erzeugung von Joulescher -Wärme eine Temperaturerhöhung zur Folge. Auch mit -dem Alter der Platten ändern sich die beiden Widerstände -(s. <a href="#Ref13">Lebensdauer</a>).</p> - -<p>w<sub>s</sub> ist ebenfalls variabel, da die Dichte der Säure -zwischen den Platten (der „äußeren‟ Säure) während -der Ladung zunimmt und bei der Entladung sinkt; -dies gilt besonders von denjenigen Schichten der Säure, -die an die Oberflächen der Platten grenzen; auch können -Gase, die sich gegen Ende der Entladung entwickeln, -eine Vergrößerung von w<sub>s</sub> verursachen.</p> - -<p>Die Leitfähigkeit einer Schwefelsäurelösung ändert -sich mit dem spezifischen Gewichte. Setzt man einer -bestimmten Menge Wasser Schwefelsäure in kleineren -Quantitäten nach und nach zu, so findet man, daß das -Leitungsvermögen zuerst schnell, dann langsam wächst, -später aber wieder abnimmt; bei einer Säuredichte -von 1,224 ist das Leitungsvermögen ein Maximum. Die -betreffende Lösung enthält etwa 30,5 Gewichtsprozente -Schwefelsäure; der spezifische Widerstand (Widerstand -pro cm<sup>3</sup>) beträgt etwa 1,35 <span class="nowrap">Ohm<a -id="FNanchor64"></a><a href="#Footnote64" class="fnanchor">[64]</a>.</span></p> - -<p><span class="pagenum" id="Page77">[77]</span></p> - -<p>Der Widerstand eines Akkumulators im stromlosen -Zustande kann wie derjenige eines jeden anderen elektrolytischen -Apparates bestimmt werden. Bei der einfachen -Brückenschaltung mit den von F. <span class="gesp">Kohlrausch</span> angegebenen -Modifikationen (Wechselströme, Telephon) erhält -man besonders bei größeren Zellen (bei solchen ist der -Widerstand kaum ein Tausendstel Ohm groß) wegen -der Übergangswiderstände an den Klemmen keine genauen -Resultate. Diese werden bei der Brückenschaltung -von <span class="gesp">Matthiesen</span> und <span class="gesp">Hockin</span> eliminiert.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Angenähert (der Größenordnung nach) kann man den inneren -Widerstand folgendermaßen bestimmen. Man lädt das Element, -dessen Widerstand man ermitteln will, aus zwei hintereinander geschalteten -Akkumulatoren unter Einschaltung eines Kurbelrheostats. -Die Klemmen der Ladebatterie seien k<sub>1</sub> und k<sub>2</sub>, die daran befestigten -Drähte d<sub>1</sub> und d<sub>2</sub>. Legt man d<sub>1</sub> <span -class="gesp">und</span> d<sub>2</sub> an k<sub>1</sub> (oder an k<sub>2</sub>), so gibt -das zu untersuchende Element Strom ab. Dieser Strom ist bei Beginn -der Ladung nur wenig verschieden von dem Ladestrom. Bei -einiger Übung kann man innerhalb eines Zeitraumes von einigen -Sekunden laden, umschalten (also entladen) und die nötigen Ablesungen -an einem mit den Klemmen des Elementes verbundenen Voltmeter -vornehmen. Während der Ladung ist</p> - -<p class="equation">e = E + i · w<br /> -(e = Klemmenspannung, E = elektromotorische Kraft der Zelle)</p> - -<p class="noindent">und während der Entladung ist</p> - -<p class="equation">e′ = E - i · w.</p> - -<p>Die Differenz der beiden Klemmenspannungen ist also (angenähert) -gleich 2wi.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Wenn die elektromotorische Kraft eines Akkumulators -konstant wäre, so könnte man w leicht während -der Ladung und Entladung bestimmen; denn dann wäre</p> - -<p class="equation">w = <span class="horsplit"><span class="top">e - E</span><span class="bottom">i</span></span>.</p> - -<p>Es würde genügen, „den Stromkreis für kurze -Zeit zu öffnen‟ und die Spannung, die das mit den<span class="pagenum" id="Page78">[78]</span> -Klemmen verbundene aperiodische Voltmeter anzeigt (E), -abzulesen. Wie jedoch aus den Kurven im folgenden -Kapitel hervorgeht, gehen die Änderungen der elektromotorischen -Kraft schnell vor sich, so daß die Unterbrechungsmethode -sehr unzuverlässig ist. Will man -den Widerstand einer Zelle während des Stromdurchganges -genau bestimmen, so kann man die Methode -von <span class="nowrap"><span class="gesp">Uppenborn</span><a -id="FNanchor65"></a><a href="#Footnote65" class="fnanchor">[65]</a></span> -oder die von <span class="gesp">Nernst</span> und <span class="gesp">Haagn</span> -angegebene benutzen. Letztere unterscheidet sich von -der gewöhnlichen Brückenmethode dadurch, daß zwei -Widerstände durch Kondensatoren ersetzt sind, außerdem -wird noch ein Hilfskondensator eingeschaltet, -der verhindert, daß die Zelle Strom in die Brückenanordnung -<span class="nowrap">sendet<a id="FNanchor66"></a><a href="#Footnote66" -class="fnanchor">[66]</a>.</span> (Eine ausführliche Beschreibung -der verschiedenen Meßmethoden findet man in dem -bekannten Werke von F. <span class="gesp">Kohlrausch</span>, Leitfaden -der Physik.)</p> - -<p>Nach Messungen von <span class="gesp">Haagn</span> stieg der Widerstand -einer kleinen Zelle während der etwa fünfstündigen Entladung -von 0,018 bis 0,045 Ohm, während der Ladung -fiel er von 0,04 auf 0,018 Ohm. Nach Messungen von -<span class="gesp">Häberlein</span> verhält sich der Widerstand bei Beginn zu -demjenigen am Ende der Ladung wie 17:24. <span class="gesp">Roloff</span> -gibt für die Type 3 × J<sub>1</sub> der Akkumulatoren-Fabrik -Akt.-Ges. an, daß der Widerstand bei Beginn der Entladung -0,0012 Ohm und am Ende 0,0018 Ohm war.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Da die Konzentration der Säure in den Poren der wirksamen -Masse von der Stromdichte abhängig ist, so folgt erstens, daß bei -schneller Entladung (großer Stromdichte) der durchschnittliche (mittlere) -Widerstand größer ist als bei langsamer Entladung und zweitens, daß -der Spannungsabfall im Elemente (w · J) nicht linear mit der Stromdichte -wächst, sondern in einem etwas stärkeren Verhältnisse.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p><span class="pagenum" id="Page79">[79]</span></p> - -<p>Wenn man Zellen von verschiedener Kapazität, die -aus Platten von derselben Konstruktion zusammengesetzt -sind und Säure von derselben Dichte enthalten, mit -gleicher Stromdichte beansprucht, so darf man das Produkt -w · J als konstant ansehen; denn in dem Maße, in -dem w bei den großen Zellen abnimmt, wächst J.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote52"><a href="#FNanchor52"><span class="label">[52]</span></a> -Wenn man zwischen Platin- oder Kohlenelektroden verdünnte -Schwefelsäure zersetzt, so steigen an den Außenseiten der Elektroden -nur wenige Gasblasen empor. Bei der Ladung eines Akkumulators -wird dementsprechend an der Außenseite der positiven und negativen -Elektrode nur wenig Bleisuperoxyd bezw. Blei gebildet.</p> - -<p id="Footnote53"><a href="#FNanchor53"><span class="label">[53]</span></a> - Diese müßte eigentlich als „Kapazität‟ schlechthin bezeichnet -werden.</p> - -<p id="Footnote54"><a href="#FNanchor54"><span class="label">[54]</span></a> E. T. Z. 1904, S. 587.</p> - -<p id="Footnote55"><a href="#FNanchor55"><span class="label">[55]</span></a> E. T. Z. 1897, S. 287.</p> - -<p id="Footnote56"><a href="#FNanchor56"><span class="label">[56]</span></a> E. T. Z. 1889, S. 88.</p> - -<p id="Footnote57"><a href="#FNanchor57"><span class="label">[57]</span></a> E. T. Z. 1901, S. 811.</p> - -<p id="Footnote58"><a href="#FNanchor58"><span class="label">[58]</span></a> -Wenn man einen Elektrolyten erwärmt, so wächst das -Leitungsvermögen ziemlich stark.</p> - -<p id="Footnote59"><a href="#FNanchor59"><span class="label">[59]</span></a> -<span class="gesp">P. Schoop</span>, Die Sekundär-Elemente.</p> - -<p id="Footnote60"><a href="#FNanchor60"><span class="label">[60]</span></a> -Zeitschr. f. Elektrochemie 1902, Nr. 44.</p> - -<p id="Footnote61"><a href="#FNanchor61"><span class="label">[61]</span></a> -Liebenow empfiehlt als Meßelektrode eine kleine Zelle aus -Ton (porös), in der sich Kadmiumamalgam und eine konzentrierte -Lösung von Kadmiumsulfat in Akkumulatorensäure befindet. Ein -durch einen Glasstab isolierter Draht geht bis zum Kadmiumamalgam. -Man stellt die Zelle auf die Oberkante der Platten; ihr unteres Ende -muß dann von der Säure benetzt werden. Die Anordnung entspricht -einem Voltaschen Elemente, bei dem eine Elektrode in einer mit verdünnter -Schwefelsäure angefüllten Tonzelle steht.</p> - -<p id="Footnote62"><a href="#FNanchor62"><span class="label">[62]</span></a> -Was hier „Wirkungsgrad‟ genannt wird, wird von anderen -Autoren als „Güteverhältnis‟ bezeichnet, während das Verhältnis -der entnommenen Energie zu der bei der Ladung aufgewendeten -Energie vielfach als Wirkungsgrad bezeichnet wird.</p> - -<p id="Footnote63"><a href="#FNanchor63"><span class="label">[63]</span></a> -Man vergleiche die <a href="#Footnote62">Fußnote</a> auf der vorigen Seite.</p> - -<p id="Footnote64"><a href="#FNanchor64"><span class="label">[64]</span></a> -Man bezieht das Leitvermögen (und den spezifischen Widerstand) -der Elektrolyte auf eine Säule von 1 cm Länge und 1 qcm -Querschnitt, also kurz auf 1 ccm.</p> - -<p id="Footnote65"><a href="#FNanchor65"><span class="label">[65]</span></a> -Näheres siehe <span class="gesp">Uppenborn</span>, Kalender für Elektrotechniker.</p> - -<p id="Footnote66"><a href="#FNanchor66"><span class="label">[66]</span></a> Zeitschr. f. Elektrochemie 1897, S. 421.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page80">[80]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Viertes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Ladung und Entladung.</span></h2> - -<p>Wir wollen zunächst das <span class="gesp">Verhalten</span> des Bleiakkumulators -während der Ladung und Entladung betrachten.</p> - -<p>1. <span class="gesp">Ladung</span>. In den ersten Minuten nach Beginn -der Ladung, für die das in <a href="#Fig2">Fig. 2</a> (s. <a href="#Page26">S. 26</a>) gegebene -Schaltungsschema gilt, steigt die Klemmenspannung des -Akkumulators ziemlich schnell auf 2,1 bis 2,18 <span class="nowrap">Volt<a -id="FNanchor67"></a><a href="#Footnote67" class="fnanchor">[67]</a>.</span> -Oft beobachtet man, daß die Spannung im Anfange der -Ladung zuerst steigt und dann wieder etwas abfällt, daß -also das erste Stück der Spannungskurve einen kleinen -Höcker aufweist. Während des größten Teiles der -Ladung wächst die Spannung nur ganz langsam bis zu -2,2 Volt; gegen Ende der Ladung erfolgt ein schneller -Anstieg der Kurve.</p> - -<p>Bei etwa 2,3 Volt beginnt die Gasentwicklung; an -den Anoden schon etwas früher; sie ist zuerst schwach, -dann lebhaft; der Akkumulator „kocht‟. Die Klemmenspannung -hängt besonders während der Gasbildung in -hohem Maße von der Ladestromstärke ab (s. <a href="#Fig7">Fig. 7</a>); -hat der Strom noch den der vierstündigen Ladung entsprechenden<span class="pagenum" id="Page81">[81]</span> -Wert, so steigt die Spannung bis zu etwa -2,7 Volt und ev. noch höher.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig7"> -<p class="caption">Fig. 7.</p> -<img src="images/illo07.png" alt="Klemmspannung" width="500" height="501" -title="Anfang d. Ladung. Stromdichte ca. 0,6 Amp." /> -</div> - -<div class="figcenter" id="Fig8"> -<p class="caption">Fig. 8.</p> -<img src="images/illo08.png" alt="Klemmspannung" width="600" height="389" -title="Ende der Ladung. Stromdichte zuletzt ca. 0,4 Amp. -Ende der Ladung. Stromdichte zuletzt ca. 0,5 Amp." /> -</div> - -<p>In den <a href="#Fig7">Fig. 7</a> und <a href="#Fig8">8</a> ist der Verlauf der Klemmenspannung -bei Beginn und gegen Ende der Ladung<span class="pagenum" id="Page82">[82]</span> -graphisch dargestellt. Die Zelle bestand aus 5 Platten, -2 positiven und 3 negativen (10 cm × 14 cm); die -ersteren waren Großoberflächenplatten. Die Stromdichte -betrug zuerst etwa 0,6, später etwa 0,4 Amp. pro -Quadratdezimeter, bezogen auf die positiven Platten.</p> - -<p>Die Stromdichte war verhältnismäßig klein. Nach -<span class="nowrap"><span class="gesp">Heim</span><a id="FNanchor68"></a><a -href="#Footnote68" class="fnanchor">[68]</a></span> ist bei dreistündiger Entladung die Stromdichte -bei positiven Großoberflächenplatten 1,3-1 Amp. pro -1 dm<sup>2</sup>.</p> - -<p>Vereinzelte Gasblasen sieht man während der ganzen -Ladung emporsteigen. Die Gase, die sich entwickeln, -sind die Elemente des Wassers, und zwar entweicht der -Sauerstoff an den positiven, der Wasserstoff an den -negativen Platten. Die stärkere Gasentwicklung ist ein -Zeichen, daß der chemische Umsatz an den dem Strome -zugänglichen Teilen der aktiven Masse nahezu vollendet -ist. Hat man den Akkumulator mit der höchsten zulässigen -Stromstärke geladen, so setzt man, sobald lebhafte -Gasbildung erfolgt, den Strom auf die Hälfte bis -ein Drittel seiner bisherigen Stärke herab.</p> - -<p>Die Klemmenspannung e während der Ladung kann -in zwei Summanden zerlegt werden; der eine Teil dient -dazu, die Gegenspannung (die momentane elektromotorische -Kraft) des Elementes E aufzuheben, der andere, -den Ohmschen Widerstand w der Zelle zu überwinden:</p> - -<p class="equation">e = E + i · w.</p> - -<p>Man beobachtet oft, wie schon erwähnt wurde, daß -kurze Zeit nach Beginn der Ladung die Potentialdifferenz -der Klemmen etwas sinkt und dann wieder ansteigt. -Diese Erscheinung ist nach Dolezalek auf eine Änderung<span class="pagenum" id="Page83">[83]</span> -des Widerstandes zurückzuführen, den der Strom in -den Platten findet. Während der der Ladung vorausgegangenen -Ruhepause bedecken sich die Elektroden -wahrscheinlich mit einer sehr dünnen Schicht von -schlechtleitendem Bleisulfat (s. <a href="#Ref14">Sulfatierung</a>). Dieses -wird, wenn die Ladung beginnt, in kurzer Zeit gelöst. -Im übrigen wird durch die Änderung des inneren -Widerstandes während der Ladung die Klemmenspannung -nur wenig beeinflußt. Das anfängliche schnelle und das -spätere langsame Wachsen der Klemmenspannung ist auf -die Änderung der Konzentration der Säure in den Poren -der wirksamen Masse und der äußeren Säure zurückzuführen. -Sobald die Stromzufuhr beginnt, wird in den -Poren Säure frei, die Konzentration (und damit die -elektromotorische Kraft) steigt so lange, bis in jedem -Zeitteilchen gerade soviel Säure durch Diffusion nach -außen gelangt, wie in den Poren durch den chemischen -Umsatz erzeugt wird. Je größer die Ladestromstärke -ist, um so größer wird der Unterschied der Konzentration -der beiden Säuren, um so größer wird die Klemmenspannung. -Die Differenz der beiden Konzentrationen -können wir, wenn mit konstanter (nicht zu großer) -Stromdichte geladen wird, als konstant ansehen; wächst -also die Dichte der äußeren Säure, so nimmt auch diejenige -der Säure in den Poren zu.</p> - -<p>Gegen Ende der Ladung werden von den Platten -Gase absorbiert, man spricht daher von einer „Gaspolarisation‟. -Da die Okklusionsfähigkeit des Bleies -nur eine geringe ist, so ist es sehr zweifelhaft, ob die -Gaspolarisation überhaupt eine Rolle spielt. Übrigens -kann man, wie wir gesehen haben, den starken Anstieg -der Spannung gegen Ende der Ladung darauf zurückführen, -daß der Elektrolyt an Bleisulfat verarmt und -daher die Konzentration der Blei- und <span class="nowrap">Bleisuperoxydionen<a -id="FNanchor69"></a><a href="#Footnote69" class="fnanchor">[69]</a></span><span class="pagenum" id="Page84">[84]</span> -eine sehr geringe wird (siehe <a href="#Ref15">Theorie von -<span class="gesp">Liebenow</span></a>).</p> - -<p>Verschiedene Firmen schreiben vor, daß die von -ihnen gelieferten Akkumulatoren ab und zu nach Beginn -der lebhaften Gasentwicklung noch längere Zeit, etwa -2-3 Stunden lang, weiter geladen werden sollen. Der -Zweck der <span class="gesp">Überladung</span>, die im allgemeinen schädlich -ist, weil durch die entweichenden Gase Teilchen der -aktiven Masse abgerissen werden, die ferner eine nicht -unwesentliche Verringerung des Nutzeffektes zur Folge -hat, ist ein zweifacher. Es kommt zuweilen vor, daß -einzelne Zellen einer Batterie aus irgend einem Grunde -gegen die anderen „zurückbleiben‟. Bei diesen Zellen -erfolgt die Umwandlung von Bleisulfat in Blei bezw. -Bleisuperoxyd langsamer als bei den übrigen Elementen, -die sich in normalem Zustande befinden. Während der -Überladung geht nun die chemische Umwandlung in den -kranken Zellen noch weiter vor sich, so daß ihnen Gelegenheit -gegeben wird, sich zu erholen. Ferner werden -durch die während der Überladung entweichenden Gasblasen -Strömungen in der Säure hervorgerufen (die Säure -wird aufgewühlt), die eine Vermischung der unteren, -dichteren Schichten mit den oberen, weniger dichten zur -Folge haben. Die Konzentrationsverschiebungen kommen -dadurch zustande, daß während der Ladung konzentrierte -Schwefelsäure zu Boden sinkt. (Die Konzentrationsunterschiede -kann man leicht nachweisen, indem man -mittels eines Hebers Säure aus den oberen und den -unteren Schichten entnimmt und mittels des Aräometers -die Dichte mißt.)</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page85">[85]</span></p> - -<p><span class="gesp">Die Stromdichte darf bei der Ladung -einen gewissen oberen Grenzwert nicht -überschreiten</span>, weil sonst 1. die Umwandlung nur -oder fast ausschließlich an der Oberfläche der Platten -vor sich geht (s. <a href="#Ref16">Kapazität</a>), 2. die Ladespannung einen -zu hohen Wert hat (s. <a href="#Ref17">Nutzeffekt</a>) und 3. infolge der -schnellen, den chemischen Umsatz begleitenden Volumänderungen -sich der Zusammenhang zwischen der aktiven -Masse lockern kann (s. auch <a href="#Page14">S. 14</a>, <a href="#Ref18">Überschwefelsäure</a>).</p> - -<p>Die größte zulässige Stromdichte hängt von der -wirksamen Oberfläche, von der Dicke der aktiven Schicht -und von der Porosität der Platten ab. Gewöhnlich beträgt -<span class="gesp">der maximale Ladestrom</span> (wie er von den -Fabriken angegeben wird) so viel Amper, wie der dritte -Teil der Kapazität bei dreistündiger Entladung angibt. -Ist z. B. die Kapazität bei dreistündiger Entladung -120 Amperstunden, so ist die maximale Ladestromstärke -gleich 40 Amp.</p> - -<p>Kennt man die <span class="gesp">maximale Ladestromstärke</span> -nicht, so bestimme man die projizierte Oberfläche der -Positiven; ist die Länge einer Platte a cm, die Breite -b cm, so ist die Oberfläche einer Platte 2 a b cm<sup>2</sup>; pro -Quadratdezimeter darf man 0,6 bis 0,7 Amp. rechnen.</p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="gesp">Eine untere Grenze für die Ladestromstärke gibt -es nicht</span>; im Gegenteil, je kleiner die Stromstärke, um so günstiger -die Ökonomie, um so gründlicher erfolgt der chemische Umsatz. -Besonders wenn Zellen zu sehr in Anspruch genommen wurden, oder -einige Zeit in entladenem Zustande gestanden haben, ist ihnen eine -Ladung mit schwachem Strome von Nutzen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Über die <span class="gesp">Ladung</span> von Akkumulatoren bei <span class="gesp">konstanter -Spannung</span> hat <span class="nowrap"><span class="gesp">Heim</span><a id="FNanchor70"></a><a -href="#Footnote70" class="fnanchor">[70]</a></span> eingehende Versuche -ausgeführt.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page86">[86]</span></p> - -<p>Einer Reihe von Ladungen mit (angenähert) konstanter -Stromstärke, wie sie für drei- bis vierstündige -Ladung vorgeschrieben ist, d. h. von normalen Ladungen, -folgten Ladungen mit konstanter Spannung von 2,4 Volt, -später von 2,5 Volt pro Zelle. Hierbei ist die anfängliche -Stromstärke eine verhältnismäßig sehr große, sie -sinkt aber schnell. Die Zellen nehmen in jedem Augenblicke -diejenige Elektrizitätsmenge auf, die ihrem -momentanen Ladezustande angemessen ist; bei Beginn -der Ladung ist die Aufnahmefähigkeit der Zelle eine -sehr große. Es ergab sich, daß „der Nutzeffekt beim -Laden mit konstanter Spannung von 2,4 bis 2,5 Volt -und einer Ladezeit von etwa <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub> Stunde nicht sehr -wesentlich ungünstiger ausfällt, als man ihn bei 3<sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>- -bis 4stündigen Ladungen und 3stündigen Entladungen -mit konstantem Strome erzielt‟. Ferner fand <span class="gesp">Heim</span>, -daß durch eine 1<sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>stündige Ladung bei konstanter -Spannung von 2,4 Volt die Zellen nicht ganz, bei 2,5 Volt -dagegen fast so weit geladen werden, wie durch 3<sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>stündige -Ladungen mit konstanter Stromstärke. Durch -<sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>stündige Ladung bei 2,4 Volt erreicht man die Hälfte, -durch <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>stündiges Laden mit 2,5 Volt zwei Drittel -der beim Laden mit konstanter Stromstärke erzielten -Kapazität. Der Wirkungsgrad in Amperstunden war -fast so günstig wie bei der Ladung mit konstanter -Stromstärke.</p> - -<p>Von der Ladung mit konstanter Spannung wird -man aber nur in Ausnahmefällen Gebrauch machen, -wohl nur dann, wenn die Zeit, die für die Ladung zur -Verfügung steht, knapp bemessen ist, da ihrer Anwendung -die schnellere Abnutzung der Platten und -vielfach auch der hohe Betrag der anfänglichen Stromstärke -im Wege steht. War doch die Stromstärke bei -Beginn der Ladung mit 2,5 Volt 6-7 Mal größer als<span class="pagenum" id="Page87">[87]</span> -der höchste zulässige <span class="nowrap">Ladestrom<a -id="FNanchor71"></a><a href="#Footnote71" class="fnanchor">[71]</a></span> und zwar bei einer -Type „für starke Entladung‟.</p> - -<p>2. Wir wollen uns jetzt mit den verschiedenen -<span class="gesp">Stromquellen</span> beschäftigen, die <span class="gesp">für die Ladung</span> -von Akkumulatoren in Betracht kommen.</p> - -<p>Am einfachsten gestaltet sich die Ladung, wenn -vorhanden ist ein a) <span class="gesp">Anschluß an ein Gleichstromnetz</span>. -Da die positive Leitung an den positiven -Pol der Batterie anzuschließen ist, so muß man in -zweifelhaften Fällen zunächst die Polarität der Leitungen -bestimmen. Am einfachsten benutzt man die elektrochemische -Methode: Man kann z. B. einen Wasserzersetzungsapparat -mit den Drähten des Netzes verbinden, -wobei eventuell durch einen Vorschaltwiderstand -der Strom abzuschwächen ist; diejenige Elektrode, an -der die Gasentwickelung am stürmischsten erfolgt, ist -mit der negativen Leitung verbunden. Vielfach benutzt -man für die Bestimmung der Polarität <span class="nowrap">Polreagenzpapier<a -id="FNanchor72"></a><a href="#Footnote72" class="fnanchor">[72]</a>.</span> -Dieses wird vor dem Gebrauche mit Wasser -angefeuchtet und auf eine isolierende Unterlage (die -Tischplatte) gelegt. Die Enden der Drähte, deren -Polarität man bestimmen will, drückt man gegen das -Papier; dieses färbt sich, wenn es mit der Lösung eines -Alkalisalzes (+ Phenolphtaleïn) imprägniert ist, an -derjenigen Stelle, wo es von dem negativen Leitungsdrahte -berührt wird, rot.</p> - -<p>Ob man bei der Ladung alle Zellen hintereinanderschaltet -oder gruppenweise (z. B. die Hälfte) hintereinander -und die Gruppen parallel schaltet, hängt von -der zur Verfügung stehenden Netzspannung ab. Beträgt<span class="pagenum" id="Page88">[88]</span> -z. B. die Netzspannung 110 Volt, und rechnen wir als -Endspannung jeder Zelle 2,7 Volt, so kann man -<span class="horsplit"><span class="top">110</span><span class="bottom">2,7</span></span> -= 41 Zellen in Hintereinanderschaltung laden. Soll eine -größere Anzahl von Zellen geladen werden, handelt es -sich beispielsweise um 80 Zellen, so werden je 40 Zellen -in Reihe geschaltet; wir erhalten dann vier freie Pole, -zwei positive und zwei negative. Man verbindet nun die -beiden positiven Pole durch einen Draht miteinander -und ebenso die beiden negativen; an die beiden Verbindungsdrähte -wird die Netzleitung angeschlossen -(siehe auch <a href="#Page97">S. 97</a>).</p> - -<p>In den Ladestromkreis schaltet man ein Ampermeter -und einen veränderlichen Widerstand ein. Je -größer die Spannung des Netzes und je kleiner die -Anzahl der zu ladenden Zellen ist, um so größer muß -der Rheostat sein.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Beispiel: Netzspannung 110 Volt, Anzahl der Zellen 20, Ladestromstärke -15 Amper. Da die Spannung jeder Zelle bei Beginn -der Ladung rund 2 Volt beträgt, so müssen in dem Vorschaltwiderstand -110 - 40 = 70 Volt erdrosselt werden. Der Spannungsabfall -in einem Widerstande von w Ohm beträgt aber, wenn ein Strom von -i Amper durch den Widerstand fließt, w · i Volt. Mithin muß der -Vorschaltwiderstand <span class="horsplit"><span class="top">70</span><span -class="bottom">15</span></span> = 4,7 Ohm haben. Ist er etwas kleiner, so -schadet das weiter nichts, da die Gegenspannung jeder Zelle in ganz -kurzer Zeit auf 2,1 Volt steigt. —</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Will man mit konstanter Stromstärke laden, so -muß man von Zeit zu Zeit einen Teil des Vorschaltwiderstandes -<span class="nowrap">abschalten<a id="FNanchor73"></a><a href="#Footnote73" class="fnanchor">[73]</a>.</span></p> - -<p>Wenn nur wenige Zellen geladen werden sollen -und die Netzspannung hoch ist, so kann man statt -eines Kurbelrheostates Glühlampen als Vorschaltwiderstand<span class="pagenum" id="Page89">[89]</span> -benutzen (Lampenwiderstand). 16kerzige Lampen -für 110 Volt verbrauchen rund 0,5 Amper, haben also -bei normalem Stromdurchgang einen Widerstand von -etwa 220 Ohm (der Widerstand des Kohlefadens nimmt -mit steigender Temperatur ab). Schaltet man n solcher -Lampen parallel, so entsprechen diese einem Widerstand -von <span class="horsplit"><span class="top">220</span><span class="bottom">n</span></span> Ohm; je größer man also n macht, um -so stärker wird der Ladestrom. Das Schaltungsschema -ist in <a href="#Fig9">Fig. 9</a> dargestellt: <i>L</i><sub>1</sub> und <i>L</i><sub>2</sub> sind die Drähte der -Starkstromleitung, <i>L.W.</i> ist der Lampenwiderstand, -<i>B</i> die Batterie.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig9"> -<p class="caption">Fig. 9.</p> -<img src="images/illo09.png" alt="Schaltung" width="500" height="350" /> -</div> - -<div class="blquote"> - -<p>Handelt es sich um die Ladung einer kleinen Anzahl von -Zellen, so ist die Stromentnahme aus einem Netze höherer Spannung -nicht ökonomisch, da der größte Teil der entnommenen Energie in -dem Vorschaltwiderstand nutzlos in Wärme umgesetzt wird.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>b) <span class="gesp">Anschluß an ein Wechselstromnetz.</span> -Wechselstrom kann man für die Ladung einer Batterie -nicht verwenden. Es muß also entweder eine Umformung -in Gleichstrom erfolgen, oder es muß die eine<span class="pagenum" id="Page90">[90]</span> -Hälfte einer jeden Stromwelle unterdrückt bezw. stark -geschwächt werden.</p> - -<p>Die Umformung erfolgt entweder in einem <span class="gesp">Motorgenerator</span> -(Motordynamo) oder in einem <span class="gesp">Einanker-Umformer</span> -(auch rotierender Umformer genannt). Ersterer -besteht aus einem Wechselstrommotor und einer -von diesem angetriebenen Gleichstrommaschine, letzterer -ist eine Dynamomaschine, deren Anker auf der einen -Seite mit Schleifringen, auf der anderen mit einem -Kommutator (Kollektor) versehen ist. Die Benutzung -eines Motorgenerators gewährt den Vorteil, daß man -die Spannung der Gleichstrommaschine in einfacher -Weise regulieren kann, während eine Änderung der -Gleichstromspannung bei einem rotierenden Umformer -zwar möglich, aber ziemlich kompliziert ist. Es ist nämlich -das Verhältnis zwischen der eingeleiteten Wechselspannung -und der von den Bürsten abgenommenen Gleichstromspannung -ein <span class="nowrap">festes<a id="FNanchor74"></a><a href="#Footnote74" -class="fnanchor">[74]</a>,</span> und zwar geben theoretisch -bei Einphasenstrom-Gleichstromumformern 100 Volt zugeführte -(effektive) Spannung 141 Volt (100:<span class="nowrap">√<span -class="bt"><sup>1</sup>⁄<sub>2</sub></span>)</span> Gleichstromspannung -und bei Drehstrom-Gleichstromumformern -entsprechen 100 Volt Spannung zwischen zwei Schleifringen -(Phasenstromspannung) 163 Volt (100:<span class="nowrap"><sup>1</sup>⁄<sub>2</sub>√<span -class="bt"><sup>2</sup>⁄<sub>3</sub></span>)</span> an -den Bürsten.</p> - -<p>Als „<span class="gesp">Gleichrichter</span>‟ kann auch die <span class="gesp">Quecksilberdampflampe</span> -von <span class="gesp">Cooper Hewitt</span> benutzt -werden, die u. a. von der Firma Heräus in Hanau auf -den Markt gebracht wird. Stellt man zwischen ungleichartigen -Elektroden (z. B. zwischen Eisen und -einer Dochtkohle) einen Wechselstromlichtbogen her,<span class="pagenum" id="Page91">[91]</span> -so geht der Strom leichter in dem einen Sinne (vom -Eisen zur Kohle) über als im anderen <span class="nowrap">Sinne<a -id="FNanchor75"></a><a href="#Footnote75" class="fnanchor">[75]</a>.</span> Bei -der Quecksilberdampflampe sind die Elektroden Eisen -und Quecksilber. In der Physikal.-Techn. Reichsanstalt -wurden eingehende Versuche und zwar durchaus zufriedenstellende -mit diesem Gleichrichter angestellt, die -sich auf Einphasen- und Drehstrom <span class="nowrap">bezogen<a -id="FNanchor76"></a><a href="#Footnote76" class="fnanchor">[76]</a>.</span> Es ergab -sich, daß der Spannungsverlust bei 3 Amp. 18 Volt und -bei 10,5 Amp. 15 Volt betrug. Beträgt also die Netzspannung -150 Volt, so beträgt der Energieverlust bei -10,5 Amp. Stromstärke 10%. Ein Vorzug des Quecksilber-Gleichrichters -besteht auch darin, daß er ohne -Beaufsichtigung (während der Nacht) im Betrieb bleiben -kann.</p> - -<p>Die <span class="gesp">elektrolytischen Umformer</span>, welche -die Umwandlung von Wechselstrom in pulsierenden -Gleichstrom bezwecken, beruhen auf folgendem Prinzip. -Bildet man aus einer Aluminium- und einer Blei- (oder -Platin-)elektrode und verdünnter Schwefelsäure (oder -einer Lösung der Sulfate der Alkalien oder des Alauns) -einen elektrolytischen Apparat, so fließt bei Verwendung -von Gleichstrom, falls die Spannung einen gewissen -Betrag nicht übersteigt, nur dann Strom durch -die Zelle, wenn Aluminium die negative Elektrode ist -(unipolare Elektrode). Man nimmt an, daß sich bei -der umgekehrten Richtung das SO<sub>4</sub> mit Aluminium zu -einer sehr dünnen unlöslichen Schicht von basischem -Aluminiumsulfat verbindet, das den elektrischen Strom -nicht <span class="nowrap">leitet<a id="FNanchor77"></a><a href="#Footnote77" -class="fnanchor">[77]</a>.</span> Nachdem also eine geringe Elektrizitätsmenge<span class="pagenum" id="Page92">[92]</span> -durch den Apparat geflossen ist, wird die -Zelle zu einem Kondensator. Schaltet man eine hinreichend -große Anzahl der Zellen hintereinander und -verbindet die Endklemmen mit einem Wechselstromnetze, -so wird von jeder Stromwelle die Hälfte unterdrückt -und man erhält pulsierenden <span class="nowrap">Gleichstrom<a -id="FNanchor78"></a><a href="#Footnote78" class="fnanchor">[78]</a>.</span></p> - -<div class="figcenter" id="Fig10"> -<p class="caption">Fig. 10.</p> -<img src="images/illo10.png" alt="Schaltung" width="450" height="502" /> -</div> - -<p><span class="pagenum" id="Page93">[93]</span></p> - -<p>Sollen die beiden halben Wellen des Wechselstromes -ausgenutzt werden, so wendet man die in -<a href="#Fig10">Fig. 10</a> angegebene Schaltung an. Ist die Klemme -<i>K</i><sub>1</sub> der Wechselstrommaschine die positive, so geht -der Strom durch die Zelle <i>2</i>, durch die zu ladende -Batterie <i>B</i>, durch die Zelle <i>3</i> zur Maschine zurück; -ist <i>K</i><sub>2</sub> positiv, so geht der Strom durch die Zellen -<i>4</i> und <i>1</i>. Für 110 Volt Wechselstrom genügen -4 Zellen.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig11"> -<p class="caption">Fig. 11.</p> -<img src="images/illo11.png" alt="Schaltung" width="400" height="469" /> -</div> - -<p>c) <span class="gesp">Laden mittels einer Gleichstrommaschine.</span> -Am besten eignet sich die Nebenschlußmaschine. -Eine solche (mit 2 Polen) ist in <a href="#Fig11">Fig. 11</a><span class="pagenum" id="Page94">[94]</span> -schematisch dargestellt. Der im Anker <i>A</i> erzeugte -Strom teilt sich hinter der positiven Bürste; ein kleiner -Teil (<i>i</i>) fließt durch die zahlreichen Windungen des -linken Elektromagnetschenkels, durch den Regulierwiderstand -<i>R</i>, die Windungen auf der rechten Seite -und endlich durch die Bürste <i>B</i><sub>2</sub> zum Anker zurück. -Der Hauptstrom <i>J</i> fließt durch die Akkumulatorenbatterie, -deren positiver Pol mit der positiven Bürste -verbunden sein muß.</p> - -<p>Verringert man bei einer bestimmten Klemmenspannung -den Widerstand in <i>R</i> (durch Drehen der -Kurbel), so wächst <i>i</i>, der Erregerstrom, und es wird, falls -die Feldmagnete nicht schon vorher gesättigt waren, das -magnetische Feld verstärkt, so daß die elektromotorische -Kraft der Maschine steigt. Umgekehrt kann -man durch Vergrößerung von <i>R</i> die elektromotorische -Kraft verringern. Da man mit Hilfe des Rheostates -die Spannung regulieren kann, so nennt man ihn Regulator. -Die Spannungsregulierung kann in ziemlich -weiten Grenzen vorgenommen werden.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Wir wollen annehmen, daß die Tourenzahl der Maschine, wie -es meistens zutrifft, nicht verändert werden kann. Man kann dann -nur durch Verstärkung des Erregerstromes die Spannung steigern, -natürlich nur so lange, bis die Elektromagnete gesättigt sind. Im -allgemeinen wird nun die Maschine so gebaut, daß ihre Feldmagnete -bei der normalen Spannung (z. B. 110 Volt) nahezu gesättigt sind. -Soll eine Nebenschlußmaschine also zeitweise eine wesentlich -höhere Spannung, als man sie gewöhnlich von ihr verlangt, liefern, -so muß der Magnetismus der Feldmagnete bei der normalen Spannung -noch ziemlich weit vom Maximum entfernt sein, d. h. das -Material (das Eisen) wird nur zeitweise vollständig ausgenutzt, die -Maschine ist also verhältnismäßig teuer.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Gründe, weshalb sich die Nebenschlußmaschine -für die Ladung von Akkumulatoren besonders eignet, -sind folgende. Da die Klemmenspannung eines Akkumulators<span class="pagenum" id="Page95">[95]</span> -während der Ladung um 30-40% <span class="nowrap">steigt<a -id="FNanchor79"></a><a href="#Footnote79" class="fnanchor">[79]</a>,</span> -so muß, wenn man nicht durch einen Vorschaltwiderstand -den Strom zuerst abschwächen will, die elektromotorische -Kraft der Lademaschine allmählich erhöht -werden, was, wie schon gezeigt, bei der Nebenschlußmaschine, -ohne daß man die Tourenzahl ändert, leicht -geschehen kann. Nehmen wir ferner an, daß die elektromotorische -Kraft der Maschine aus irgend einem -Grunde, etwa infolge Gleitens des Riemens, plötzlich -so stark sinkt, daß sie kleiner wird als die Spannung -der Batterie, die geladen wird; es schickt dann die -Batterie Strom in die <span class="nowrap">Maschine<a id="FNanchor80"></a><a -href="#Footnote80" class="fnanchor">[80]</a>.</span> Man erkennt nun -leicht, wenn man die <a href="#Fig11">Fig. 11</a> betrachtet, daß der durch -die Elektromagnetwickelung fließende Akkumulatorenstrom -dieselbe Richtung hat wie der von der Maschine -selbst vor Eintritt der Störung in den Nebenschluß -geschickte Strom. Die Feldmagnete ändern also ihre -Polarität nicht, sie werden nicht <span class="nowrap"><span -class="gesp">umpolarisiert</span><a id="FNanchor81"></a><a href="#Footnote81" class="fnanchor">[81]</a>,</span> -und es behält daher auch die im Anker induzierte elektromotorische -Kraft ihre Richtung bei; sie ist mithin -stets der elektromotorischen Kraft der Batterie entgegengesetzt -gerichtet. Hört die Störung auf, so wächst -die induzierte elektromotorische Kraft, und die Maschine -schickt wieder Strom in die Batterie.</p> - -<p>Wie sich die Ladung gestaltet, hängt von verschiedenen -Faktoren ab. Es soll nur ein bestimmter, in -der Praxis häufig vorkommender Fall besprochen werden.<span class="pagenum" id="Page96">[96]</span> -Es handle sich um eine Anlage mit 110 Volt; die Anzahl -der Zellen sei 60, die Spannung der Nebenschlußmaschine -möge bis zu 150 Volt erhöht werden können. -Die Steigerung der Spannung um 40 Volt wird nun -nicht allein durch Vergrößerung der Feldstärke des -Magnetsystems, sondern auch durch Verringerung der -Ankerrückwirkung bewirkt. Da aber die Ankerreaktion -von der Ankerstromstärke abhängig ist, so ist man -gegen Ende der Ladung, um die letzte Spannungserhöhung -zu erzielen, gezwungen, den Strom zu verringern. -— Bevor man die Dynamo auf die Batterie -schaltet, mißt man die Klemmenspannung der Batterie, -diese sei E. Dann erregt man die leer laufende Dynamo -(mittels des Nebenschlußregulators) so, daß ihre -Spannung um einige Volt höher ist als E und verbindet -(durch Drehen des Schalters) die Dynamo mit -der Batterie; unter Beobachtung des Ampermeters -wird die elektromotorische Kraft der Maschine derartig -reguliert, daß der gewünschte Ladestrom zustande -kommt. Im Verlaufe der Ladung muß von Zeit zu -Zeit eine Nachregulierung erfolgen.</p> - -<p>Bei den angenommenen Verhältnissen kann die ganze -Batterie so lange geladen werden, bis die Spannung -pro Zelle <span class="horsplit"><span class="top">150</span><span class="bottom">60</span></span> -= 2,5 Volt beträgt. Will man bis zu -2,7 Volt laden, so müssen einige Zellen abgeschaltet -werden (s. <a href="#Ref19">Zellenschalter</a>).</p> - -<p>Wenn eine Dynamo vorhanden ist, die nur die für -den normalen Betrieb nötige Spannung (z. B. 110 Volt) -liefern kann, so wird in vielen Fällen eine <span class="gesp">Zusatzdynamo</span> -verwendet, die mit der Hauptmaschine in -Reihe geschaltet wird und die fehlende Spannung liefert. -Meistens wird die Zusatzdynamo durch einen Elektromotor -angetrieben, dem Strom aus dem Netze zugeführt wird.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page97">[97]</span></p> - -<p>Wenn eine Zusatzmaschine nicht vorhanden ist und -die Hauptmaschine nur die für die Speisung der -Lampen und Motoren nötige Spannung liefert, so kann -man die Batterie <span class="gesp">in zwei Hälften laden</span> (s. <a href="#Page88">S. 88</a>). -Hierbei muß eventuell ein Teil der Maschinenspannung -in einem Vorschaltwiderstand getötet werden, dessen -Größe man allmählich verringert. Sobald die Ladung -der Batterie beendigt ist, werden die beiden Gruppen -wieder hintereinander geschaltet.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die Ladung in zwei Hälften ist mit größeren Energieverlusten -verbunden. Besteht z. B. die Batterie bei 110 Volt Netzspannung -aus 62 Zellen, und rechnen wir als mittlere Ladespannung 2,2 Volt, -so müssen durchschnittlich (110 - 31 . 2,2) Volt = 41,8 Volt erdrosselt -werden, so daß 38% der von der Dynamo abgegebenen Energie im -Vorschaltwiderstand in Wärme umgesetzt werden. Die Ladung mit -Zusatzmaschine wird daher vorgezogen.</p> - -<p>Die Zusatzmaschine erhalte Strom von der Hauptmaschine. -Rechnen wir den Wirkungsgrad des Antriebsmotors und den der -Zusatzmaschine zu 85%, so ist der Wirkungsgrad des Aggregates -gleich 0,85 . 0,85 = 0,7225. Der Energieverlust beträgt also bei -unseren Annahmen 27<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub>% der dem Aggregate zugeführten Energie.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Eine <span class="gesp">Schaltung</span>, die fast die ganze Netzspannung -auszunutzen gestattet, hat <span class="gesp">Micka</span> angegeben. Angenommen, -es sollen bei 110 Volt Netzspannung 63 Zellen -geladen werden. Aus diesen werden drei gleich große -Gruppen gebildet, die wir mit I, II, III bezeichnen -wollen. Die Zellen jeder Gruppe werden in Reihe und -die beiden Gruppen II und III parallel geschaltet. -Diese Doppelbatterie wird mit I in Serie geschaltet, -so daß die für 42 Zellen erforderliche Spannung vorhanden -sein muß. Gruppe I erhält also den vollen -Ladestrom J, während II und ebenso III mit dem Strome -<span class="horsplit"><span class="top">J</span><span class="bottom">2</span></span> -geladen werden. Mithin sind die Zellen der ersten<span class="pagenum" id="Page98">[98]</span> -Gruppe früher geladen als die anderen. Nach Abschaltung -von I werden II und III hintereinander -geschaltet. Es ist auch hier die Vorschaltung eines -Widerstandes nötig. Man kann auch in drei Zeitabschnitten -laden, indem man z. B. zuerst unter Vorschaltung -eines Widerstandes Gruppe I und II in -Serie lädt, dann I und III und zuletzt II und III. -(Siehe E. T. Z. 1908, S. 943).</p> - -<p>d) <span class="gesp">Ladung mittels der Thermosäule.</span> Die -Verwendung der Thermosäule für die Ladung von -Akkumulatoren ist besonders am Platze, wenn es sich -um eine kleinere Anzahl von Zellen handelt. Das -Verfahren ist höchst einfach, billig und mühelos: ein -Vorschaltwiderstand ist überflüssig; die Einschaltung -eines Ampermeters ist nicht erforderlich, einer Beaufsichtigung -bedarf die Ladung nicht, man kann die -Ladung auch während der Nacht fortsetzen; der Gasverbrauch -beträgt pro Stunde <sup>1</sup>⁄<sub>5</sub> bis <sup>1</sup>⁄<sub>6</sub> Kubikmeter -(für etwa 2 Pfg.); da endlich mit geringer Stromdichte -geladen wird, so ist die chemische Umwandlung eine -gründliche.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die <span class="gesp">Gülcher</span>sche Thermosäule besteht aus 66 hintereinander -geschalteten Elementen. Die elektromotorische Kraft ist am Abend -etwas höher als am Tage, da die Gaswerke am Tage den Gasdruck -auf einer etwas geringeren Höhe halten. Es ist jedoch nicht nötig, -einen Gasdruckregulator, dessen Verwendung vielfach empfohlen wird, -einzuschalten. Nach dem Anzünden der Gasflämmchen, das nicht -sofort nach Öffnung des Gashahnes, sondern erst etwa <sup>1</sup>⁄<sub>4</sub> Minute -später geschehen darf, steigt die elektromotorische Kraft zuerst schnell, -dann langsam und erreicht in etwa 20 Minuten ihren Endwert von -ca. 3,7 Volt (am Abend). Der innere Widerstand der Säule beträgt -rund 0,7 Ohm. Man verbindet die Akkumulatoren erst einige Minuten -nach dem Anzünden der Gasflammen mit den Polen der Thermosäule -(+ mit +, - mit -), weil sonst der Akkumulator noch eine Zeitlang -Strom abgibt. Wenn man sich vergewissern will, ob der Akkumulator -auch wirklich Strom aufnimmt, so schaltet man ein Ampermeter<span class="pagenum" id="Page99">[99]</span> -<span class="nowrap">ein<a id="FNanchor82"></a><a href="#Footnote82" -class="fnanchor">[82]</a>.</span> Bei Beginn der Ladung gibt die Thermosäule einen -Strom von rund 2 Amper ab, später geht die Stromstärke etwas -zurück.</p> - -<p>Sind mehrere Zellen zu laden, so muß man diese parallel -schalten, da die Spannung der Thermosäule schon für die Ladung -von zwei in Reihe geschalteten Zellen zu klein ist. Es sei an dieser -Stelle die Bemerkung eingeschoben, daß man <span class="gesp">bei der Parallelschaltung</span> -der Zellen <span class="gesp">keine Gewißheit</span> hat, <span class="gesp">daß alle Zellen -Strom</span> <span class="nowrap"><span class="gesp">aufnehmen</span><a id="FNanchor83"></a><a -href="#Footnote83" class="fnanchor">[83]</a>.</span> -Ist bei einer Zelle Sulfatierung erfolgt -(s. <a href="#Page112">S. 112</a>), ihr Widerstand also sehr groß, oder ist ein Kontakt mangelhaft, -oder ein Verbindungsdraht durchgebrochen o. dgl., so nimmt die -Zelle keinen oder doch nur einen ganz schwachen Strom auf. Um -sich zu vergewissern, ob in alle Elemente Strom fließt, verbinde man -für einen Augenblick jede Zelle einzeln mit der Thermosäule (Einschaltung -eines Ampermeters). Gegen Ende der Ladung sieht man -zu, ob sich in jeder Zelle an beiden Elektroden Gase entwickeln.</p> - -<p>Nach Beendigung der Ladung schaltet man zuerst den Akkumulator -ab, dann <span class="gesp">bläst man die Gasflämmchen aus</span> und dreht -den Gashahn zu. Wenn man das Ausblasen unterläßt, erfolgt meistens -eine Explosion, die der Thermosäule schaden kann.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Es schadet dem Akkumulator nicht, wenn man, -bevor er gefüllt ist, die Ladung unterbricht, ihm Strom -entnimmt und später die Ladung fortsetzt (s. jedoch -<a href="#Page132">Kap. 7</a>). Auch darf man den Akkumulator aufladen, d. h. -ihm Strom zuführen, ohne daß er vorher erschöpft war.</p> - -<p>e) Wenn keine der vorher erwähnten Stromquellen -für die Ladung der Akkumulatoren zur Verfügung steht, -so muß man seine Zuflucht zu <span class="gesp">galvanischen Elementen</span> -nehmen.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Daniell-Elemente sind weniger geeignet, da ihre elektromotorische -Kraft nur etwas mehr als 1 Volt (1,08) und ihr innerer Widerstand -ziemlich groß ist. Man muß mindestens drei Elemente hintereinander<span class="pagenum" id="Page100">[100]</span> -schalten. Gut brauchbar sind Bunsen-Elemente: <span class="nowrap">Zink<a -id="FNanchor84"></a><a href="#Footnote84" class="fnanchor">[84]</a></span> in verdünnter -Schwefelsäure (ca. 10%), Kohle in Salpetersäure. Das Element -hat eine elektromotorische Kraft von etwa 1,8 Volt, der innere -Widerstand beträgt bei den Elementen mittlerer Größe 0,1 bis 0,2 Ohm. -Zwei Elemente genügen also für einen Akkumulator bezw. mehrere -parallel geschaltete Zellen; die Stromstärke beträgt anfänglich -5-7 Amp. Da die Salpetersäure gesundheitsschädliche Dämpfe -abgibt, so stellt man die Elemente unter den Gasabzug oder ventiliert -den Raum gut, in dem die Ladung erfolgt.</p> - -<p>Die Reichspostämter benutzen für die Ladung der Akkumulatoren -vielfach Kupferelemente. Von einer Beschreibung dieses Elementes -soll aber Abstand genommen werden.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Endlich sei noch erwähnt, daß manchmal die -<span class="gesp">Ladung einer kleinen Batterie aus einer -großen</span> empfehlenswert ist. Wenn bei der großen -Batterie Schaltzellen vorhanden sind, so entnimmt man -den Strom den beiden letzten mit dem Zellenschalter -verbundenen Elementen. Durch Einschaltung eines kleinen -Widerstandes schwächt man den Strom ab.</p> - -<p>3. <span class="gesp">Die Entladung.</span> Schaltet man nach beendigter -Ladung die Ladestromquelle ab, so beobachtet man an -einem mit den Klemmen verbundenen Voltmeter, daß -die elektromotorische Kraft des Akkumulators zuerst -schnell und dann langsam zurückgeht. Erst nach Verlauf -von 40-50 Minuten (wenn kein nennenswerter -Strom entnommen wird) bleibt die Spannung konstant -und hat dann den der Säuredichte entsprechenden Wert -von 2-2,1 Volt (siehe <a href="#Page44">S. 44</a>). Für die Abnahme der -Spannung lassen sich verschiedene Gründe angeben: -(Verschwinden der Gaspolarisation?), Abnahme der hohen -Säurekonzentration in den Poren, die zuerst schnell,<span class="pagenum" id="Page101">[101]</span> -dann langsam erfolgt, Eindringen von Bleisulfat in den -Elektrolyten, das eine Zunahme der Konzentration der -Blei- und Bleisuperoxydionen zur Folge hat; ferner ist zu -berücksichtigen, daß ein Teil der Ladespannung, wenn -Gasentwicklung erfolgt, als Überspannung anzusehen -ist, die, sobald man den Ladestrom abschaltet, wegfällt.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig12"> -<p class="caption">Fig. 12.</p> -<img src="images/illo12.png" alt="Entladekurve" width="600" height="192" -title="Anfang der Entladung. Stromdichte zuletzt ca. 0,5 Amp." /> -</div> - -<p>Manchmal beobachtet man, daß nach Abschaltung -der Ladestromquelle noch eine ziemlich starke, kurze -Zeit dauernde Gasentwicklung erfolgt. <span class="gesp">Dolezalek</span> -erklärt diese Erscheinung <span class="nowrap">folgendermaßen<a -id="FNanchor85"></a><a href="#Footnote85" class="fnanchor">[85]</a>:</span> „Hat man -durch lange Überladung alles auf der Elektrode befindliche -Sulfat zersetzt, so bildet sich das Sulfat durch -freiwillige Entladung (s. <a href="#Page106">S. 106</a>) zurück, was sich durch -eine starke, kurz dauernde Wasserstoffentwicklung bei -Öffnung des Ladestromes zu erkennen gibt‟. Es ist -aber auch möglich, daß das sogen. Nachkochen durch -metallische Verunreinigungen hervorgerufen wird (s. -Selbstentladung).</p> - -<p>Wird der Akkumulator entladen, so sinkt die -<span class="pagenum" id="Page102">[102]</span>Klemmenspannung -zunächst sofort um den Betrag i · <span -class="nowrap">w<sub>i</sub><a id="FNanchor86"></a><a href="#Footnote86" class="fnanchor">[86]</a>,</span> -hierzu kommt in den ersten Minuten ein ziemlich starker -Spannungsabfall, der durch den Schwefelsäureverbrauch -in den Poren der aktiven Masse und in unmittelbarster -Nähe der Elektrodenoberfläche zu erklären ist (s. <a href="#Page48">S. 48</a>). -Wie man ferner aus der Entladekurve, von der ein -Teil in <a href="#Fig12">Fig. 12</a> abgebildet ist, ersehen kann, bleibt die -Spannung nach dem ersten Abfall längere Zeit nahezu -konstant: das Hineindiffundieren der Säure in die Poren -hält gleichen Schritt mit dem Säureverbrauch für die -Sulfatbildung. Den betreffenden Unterschied der Konzentration -der äußeren (C<sub>a</sub>) und der inneren Säure (C<sub>i</sub>) wollen -wir δ nennen. Nun nimmt im Laufe der Entladung C<sub>a</sub> -ab; soll also δ konstant bleiben, so muß auch C<sub>i</sub> abnehmen. -Die Spannung muß demnach, der Abnahme der -Konzentration der äußeren Säure (wie sie mittels eines -eingetauchten Aräometers gemessen wird) entsprechend, -langsam sinken. Je mehr Elektrizität man dem Akkumulator -entnimmt, um so mehr wird, wie schon gezeigt -wurde, der Säure das Eindringen in die aktive Masse -erschwert. Daher ist gegen Ende der Entladung ein -schnellerer Spannungsabfall zu erwarten (s. <a href="#Fig13">Fig. 13</a>).</p> - -<p>Man hört mit <span class="gesp">der Entladung auf, wenn die -Klemmenspannung bei Stromentnahme</span> 1,83 -<span class="gesp">bis</span> 1,8 <span class="gesp">Volt beträgt</span>, weil eine zu weit getriebene -Entladung dem Akkumulator schädlich ist und durch sie -die folgende Ladung erschwert wird; auch gibt ein -Akkumulator, wenn er bis zu dem angegebenen Punkte -entladen ist, keine beachtenswerte Elektrizitätsmenge -mehr ab. (S. auch „Erholung‟ <a href="#Page105">S. 105</a> und „Behandlung‟ -<a href="#Page132">Kap. 7</a>.)</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Bei Zentralen kommt noch hinzu, daß, wenn man mit der Entladespannung -noch unter 1,8 Volt heruntergehen wollte, das Konstanthalten -der Spannung in der Zentrale umständlich wäre und die Zahl -der Zellen vergrößert werden müßte. Diese nämlich -ist abhängig<span class="pagenum" id="Page103">[103]</span> -von der Netzspannung und der Endspannung der Zellen. Bei 110 Volt -Netzspannung sind <span class="horsplit"><span class="top">110</span><span class="bottom">1,8</span></span> Zellen erforderlich.</p> - -</div><!--blquote--> - -<div class="figcenter" id="Fig13"> -<p class="caption">Fig. <span class="nowrap">13<a id="FNanchor87"></a><a href="#Footnote87" class="fnanchor">[87]</a>.</span></p> -<img src="images/illo13.png" alt="Spannungsabfall" width="500" height="419" -title="Ende der Entladung (4 Stunden)" /> -</div> - -<p>Wie bei der Ladung, so darf auch bei der Entladung -eine <span class="gesp">gewisse Stromdichte nicht überschritten -werden</span> — wenigstens für längere Zeit -nicht, weil sich die Platten bei zu starker Stromentnahme -(infolge der plötzlichen und starken Volumänderungen) -krümmen („werfen‟) und die aktive Masse -abbröckeln kann. Durch eine stärkere Krümmung der -Platten kann ein innerer Kurzschluß herbeigeführt -werden, der, falls er nicht bald beseitigt wird, zu einem -vollständigen Ruine des Akkumulators führt. Die -<span class="gesp">maximale Stromstärke</span> wird von den Fabriken<span class="pagenum" id="Page104">[104]</span> -für die einzelnen Typen angegeben und ist meistens -gleich der maximalen Ladestromstärke (s. auch <a href="#Page132">Kap. 7</a>).</p> - -<p>Nur dann, wenn man mit sehr geringer Stromdichte -entlädt, wird fast alles Bleisuperoxyd in Bleisulfat umgewandelt. -Wie durch <span class="gesp">Ayrton</span>, <span class="gesp">Lamb</span> und <span class="gesp">Smith</span> -nachgewiesen wurde, bleiben selbst bei 15stündiger -Entladung noch 40% des bei Beginn der Entladung -vorrätigen Bleisuperoxydes zurück. Entsprechendes wird -für den Bleischwamm gelten (s. <a href="#Ref16">Kapazität</a>). Es erklärt -sich so die Tatsache, daß positive „entladene‟ Platten -noch eine braunrote Farbe haben.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote67"><a href="#FNanchor67"><span class="label">[67]</span></a> Die Spannung in den verschiedenen Stadien der Ladung ist -von der Säuredichte, der Plattenkonstruktion usw., vor allem aber -von der Stromdichte abhängig.</p> - -<p id="Footnote68"><a href="#FNanchor68"><span class="label">[68]</span></a> -Die Akkumulatoren für stationäre elektrische Anlagen. 4. Aufl. -1906.</p> - -<p id="Footnote69"><a href="#FNanchor69"><span class="label">[69]</span></a> -In der Formel für die elektromotorische Kraft des Akkumulators -kommt das Produkt dieser beiden Konzentrationen im -Nenner vor.</p> - -<p id="Footnote70"><a href="#FNanchor70"><span class="label">[70]</span></a> E. T. Z. 1900 Nr. 14 ff.</p> - -<p id="Footnote71"><a href="#FNanchor71"><span class="label">[71]</span></a> Der einstündigen Entladung entsprechend.</p> - -<p id="Footnote72"><a href="#FNanchor72"><span class="label">[72]</span></a> -Über die Anfertigung von Polreagenzpapier siehe Lüpke-Bose, -Grundzüge der Elektrochemie, 5. Aufl. S. 22.</p> - -<p id="Footnote73"><a href="#FNanchor73"><span class="label">[73]</span></a> -Schaltungsschema siehe <a href="#Fig2">Figur 2</a> a. <a href="#Page26">S. 26</a>.</p> - -<p id="Footnote74"><a href="#FNanchor74"><span class="label">[74]</span></a> -Man muß also, wenn man die Gleichstromspannung variieren -will, die Spannung des Wechselstromes ändern; es kann dies durch -Einschaltung von Drosselspulen oder mittels Transformatoren mit -abschaltbaren Spulen geschehen.</p> - -<p id="Footnote75"><a href="#FNanchor75"><span class="label">[75]</span></a> Siehe E. T. Z. 1900 S. 336 u. 403, 1903 S. 187 u. 395.</p> - -<p id="Footnote76"><a href="#FNanchor76"><span class="label">[76]</span></a> E. T. Z. 1909 S. 297. Siehe auch Handbuch der Elektrotechnik -I, 2 S. 362.</p> - -<p id="Footnote77"><a href="#FNanchor77"><span class="label">[77]</span></a> -Nach einer anderen Erklärung bildet sich, wenn das Aluminium -Anode ist, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.</p> - -<p id="Footnote78"><a href="#FNanchor78"><span class="label">[78]</span></a> Näheres siehe E. T. Z. 1903, S. 432 und 527.</p> - -<p id="Footnote79"><a href="#FNanchor79"><span class="label">[79]</span></a> Von rund 2 Volt bis zu etwa 2,7 Volt.</p> - -<p id="Footnote80"><a href="#FNanchor80"><span class="label">[80]</span></a> Man kann durch Einschaltung eines Schwachstromautomats -(Minimalausschalters) in die Ladeleitung verhindern, daß die Batterie -Strom in die Dynamo schickt; jedoch kann es vorkommen, daß der -Automat nicht funktioniert.</p> - -<p id="Footnote81"><a href="#FNanchor81"><span class="label">[81]</span></a> -Bei der Hauptstrommaschine würden die Feldmagnete umpolarisiert -werden.</p> - -<p id="Footnote82"><a href="#FNanchor82"><span class="label">[82]</span></a> Wenn der Akkumulator keinen Strom aufnimmt, so zeigt -ein mit seinen Klemmen verbundenes Voltmeter die Spannung der -Thermosäule an.</p> - -<p id="Footnote83"><a href="#FNanchor83"><span class="label">[83]</span></a> Wenn ein Aräometer nicht benutzt wird. Gegen Ende der -Ladung ist das Ausbleiben der Gasentwicklung ein Zeichen.</p> - -<p id="Footnote84"><a href="#FNanchor84"><span class="label">[84]</span></a> -Das Zink muß amalgamiert werden, weil sonst der Zinkverbrauch -zu groß ist. Der theoretische Zinkverbrauch beträgt pro Amperstunde -nur 1,2 Gramm. Je mehr Wasserstoff sich an der Zinkelektrode -entwickelt, um so mehr wird die theoretische Zinkmenge -überschritten.</p> - -<p id="Footnote85"><a href="#FNanchor85"><span class="label">[85]</span></a> l. c. S. 63.</p> - -<p id="Footnote86"><a href="#FNanchor86"><span class="label">[86]</span></a> -Dieser ist, wenn <span class="gesp">nur</span> ein Voltmeter von größerem Widerstand -mit den Klemmen verbunden ist, verschwindend klein; bei dem -der dreistündigen Entladung entsprechenden Strome beträgt w<sub>i</sub> · i -einige Hundertstel Volt.</p> - -<p id="Footnote87"><a href="#FNanchor87"><span class="label">[87]</span></a> Der Akkumulator wurde mit einer Stromdichte von etwa -0,6 Amp. (bezogen auf die Positiven) entladen. — Die Gestalt der -Entladungskurve hängt von der Stromstärke ab. Je größer die -Stromdichte ist, um so stärker ist der Spannungssturz in den ersten -Minuten und gegen Ende der Ladung.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page105">[105]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Fünftes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Die Vorgänge im ruhenden Akkumulator.</span></h2> - -<p id="Ref23">1. <span class="gesp">Erholung.</span> Wir haben gesehen, daß die -Klemmenspannung eines Akkumulators bei der Entladung -sinkt, weil der Elektrolyt im Innern der Platten -und dicht an der Oberfläche an Säure verarmt. Für -die Richtigkeit dieser Erklärung spricht auch diejenige -Erscheinung, die man als <span class="gesp">Erholung</span> bezeichnet. Sie -besteht darin, daß nach Verringerung der Belastung, -besonders nach Öffnung des Stromkreises, infolge des -Ausgleiches der Konzentrationsunterschiede die Spannung -zuerst schnell, dann langsam bis zu dem der augenblicklichen -Dichte der <span class="gesp">ganzen</span> Säure entsprechenden -Werte steigt. Wenn man die Erscheinung der Erholung -nicht kennt oder nicht beachtet, so kann man sich leicht -über den Zustand des Akkumulators täuschen. Aus dem -Umstande, daß die elektromotorische Kraft rund 2 Volt -beträgt, darf man nicht schließen, daß noch eine große -Elektrizitätsmenge aufgespeichert sei. Dies geht aus -den folgenden Messungen hervor.</p> - -<p>Eine Zelle, die bei vierstündiger Entladung eine -Kapazität von etwa 16 Amperstunden hat, wurde mit -4 Amp. entladen; die anfängliche elektromotorische -Kraft betrug 2,08 Volt. Nach 1 Stunde zeigte das Voltmeter -eine Klemmenspannung von 1,95 Volt an; die Entladung<span class="pagenum" id="Page106">[106]</span> -wurde unterbrochen. Als sie nach 15stündiger -Ruhe fortgesetzt wurde, ergab sich eine elektromotorische -Kraft von 2,03 Volt; 3<sup>1</sup>⁄<sub>6</sub> Stunden später -belief sich die Klemmenspannung auf 1,8 Volt. Nach -5stündiger Pause zeigte das Voltmeter 2,02 Volt an; bei -Entnahme von 4 Amp. fiel die Spannung in 5 Minuten -auf 1,83 Volt. Aus diesen Beobachtungen ergibt sich -wohl von selbst, was man zu tun hat, wenn man sich -ein Urteil über die Frage bilden will, wann man mit -der Stromentnahme aufhören muß.</p> - -<p id="Ref21">2. <span class="gesp">Selbstentladung.</span> Läßt man einen geladenen -Akkumulator unbenutzt stehen, so nimmt seine Kapazität -von Tag zu Tag ab, und die Säuredichte sinkt allmählich. -Die langsam infolge chemischer Prozesse, die sich in -der offenen Zelle abspielen, erfolgende Abnahme der -Nutzkapazität bezeichnet man als Selbstentladung.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Hierzu gehört also nicht die durch mangelhafte Isolation verursachte -Entladung, die besonders bei Batterien für hohe Spannungen -eine Rolle spielt. Der Vorgang ist folgender: Von der positiven -Klemme der Batterie fließt ein schwacher Strom durch die Säure über -die feuchte Wand der Zelle usw. zum negativen Pole der Batterie. -Außerdem können Ströme von dem positiven Pole einer Zelle über -die Glaswand nach dem negativen Pole <span class="gesp">derselben</span> Zelle übergehen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Umwandlung von Blei und Bleisuperoxyd in -Bleisulfat, die erfolgt, ohne daß der Akkumulator Strom -abgibt, kann durch verschiedene Erscheinungen verursacht -werden.</p> - -<p>a) Die Säure absorbiert Sauerstoff der Luft; gelangt -dieser an die Bleischwammelektrode, so wird Blei -oxydiert. Da die Absorption und <span class="nowrap">Diffusion<a -id="FNanchor88"></a><a href="#Footnote88" class="fnanchor">[88]</a></span> des Sauerstoffs -nur sehr langsam erfolgen, so ist die betreffende -Kapazitätsabnahme nur gering.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page107">[107]</span></p> - -<p>b) Bei der Ladung sättigt sich die Säure in der -Nähe der Elektroden und in den Poren der aktiven -Masse mit Sauerstoff bezw. mit Wasserstoff, auch werden -von den Elektroden selbst geringe Mengen dieser Gase -aufgenommen (Okklusion). Nach beendigter Ladung -diffundiert der Wasserstoff langsam in die Säure hinein -und gelangt nach der positiven Elektrode, wo er reduzierend -wirkt; der Sauerstoff wandert langsam nach -der Bleiplatte, wo er Oxydation hervorruft. Auch die -diesen Vorgängen entsprechenden Verluste spielen keine -große Rolle.</p> - -<p>c) Größere Elektrizitätsverluste können durch die -Anwesenheit von fremden Metallen in der Schwefelsäure -verursacht werden. Jedoch sind keineswegs alle -Metalle zu den schädlichen zu rechnen, sondern nur -diejenigen, die mit Blei in verdünnter Schwefelsäure ein -galvanisches Element bilden, bei dem Blei der negative -Pol ist. Wir werden hierauf unten noch näher eingehen. -Einstweilen nehmen wir an, daß ein schädliches -Metall, etwa Platin, in der Akkumulatorsäure enthalten -sei. Durch Blei wird das Platin ausgefällt, es schlägt -sich also Platin auf der Bleischwammelektrode nieder -(wie sich Kupfer auf einem Zinkstabe niederschlägt, -den man in die Lösung eines Kupfersalzes eintaucht). -Es sei jetzt an folgenden Versuch erinnert: Befinden -sich ein Zinkstab und eine Kupferplatte in verdünnter -Schwefelsäure, und neigt man die Metalle so, daß sie -sich innerhalb der Säure berühren, so beobachtet man -an der Berührungsstelle lebhafte Gasentwickelung -(Wasserstoff). Die Anordnung bildet ein innerhalb der -Säure kurz geschlossenes Voltasches Element; der Strom -geht vom Kupfer durch die Berührungsstelle zum Zink, -durch die Säure zum Kupfer zurück. In unserem -Akkumulator befinden sich nun außerordentlich viele,<span class="pagenum" id="Page108">[108]</span> -sehr kleine kurzgeschlossene Elemente, jedes Platinteilchen -bildet mit seiner Unterlage ein solches. Die -Vorgänge sind ähnliche wie diejenigen, die sich in dem -Voltaschen Elemente abspielen (s. <a href="#Page22">S. 22</a>) und können -durch die Gleichung dargestellt werden</p> - -<p class="equation">Pb + H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = PbSO<sub>4</sub> + H<sub>2</sub>.</p> - -<p>Dieses gilt auch, wenn sich ein anderes schädliches -Metall in dem Elektrolyten befindet.</p> - -<p>Die eben erwähnten sehr kleinen Elemente nennt man -<span class="gesp">Lokalelemente</span> und die entsprechenden chemischen -Vorgänge <span class="gesp">Lokalaktion</span>. Da infolge der Lokalaktion -Blei in Bleisulfat umgewandelt wird, so muß die Kapazität -der negativen Platte abnehmen.</p> - -<p>Je leichter die Wasserstoffentwicklung an einem -der schädlichen Metalle erfolgt, um so stärker werden -die Lokalströme, um so schneller erfolgt die Selbstentladung. -Wenn man daher die Metalle nach dem Grade -ihrer Schädlichkeit in eine Reihe ordnen will, so muß -man die „Überspannung‟ mit berücksichtigen (s. <a href="#Page13">S. 13</a>). -Beträgt diese bei einem Metalle mehr als die elektromotorische -Kraft der Kombination Blei | verdünnte -Schwefelsäure | Wasserstoffelektrode, so kann eine -Wasserstoffentwickelung, falls sich das betreffende Metall -in der Säure bezw. auf der Bleischwammelektrode -befindet, nicht erfolgen und demnach auch keine Umwandlung -von Blei in Bleisulfat. Nach <span class="nowrap"><span class="gesp">Dolezalek</span><a - -id="FNanchor89"></a><a href="#Footnote89" class="fnanchor">[89]</a></span> -sind folgende Metalle dem Akkumulator gefährlich: -Platin, Gold, Eisen, Silber, Nickel, Kupfer, und zwar -Platin am meisten, Kupfer am <span class="nowrap">wenigsten<a id="FNanchor90"></a><a -href="#Footnote90" class="fnanchor">[90]</a>.</span></p> - -<p><span class="pagenum" id="Page109">[109]</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p>Daß <span class="gesp">Platin</span> dem Akkumulator schädlich ist, zeigt ein einfacher -Versuch: Berührt man mit einem Platindrahte oder mit einem Platinblech -innerhalb der Säure eine negative Platte, so beobachtet man -lebhafte Gasentwickelung. — Spuren von Platin können in die Schwefelsäure -gelangen, wenn dieselbe in einem Platinkessel eingedampft wird. -Es genügen ganz minimale Mengen von Platin, den Akkumulator unbrauchbar -zu machen; die anderen Metalle sollen, wenn sie nur in -sehr geringer Menge zugegen sind, im Laufe der Zeit am Schädlichkeit -abnehmen, wahrscheinlich, weil sie sich mit dem Blei langsam -legieren.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p><span class="gesp">Kupfer</span> kann besonders bei offenen Zellen, die -im Laboratorium benutzt werden, in die Säure gelangen, -wenn Messingklemmschrauben oder Kupferdrähte an die -Pole befestigt werden. Durch <span class="gesp">Säuredämpfe</span> oder -durch Säurepartikeln, die bei der Ladung von den entweichenden -Gasblasen mitgerissen werden, vielleicht -auch durch „kriechende‟ Säure, wird das Kupfer angegriffen, -es bildet sich ein Kupfersalz, von dem sich -Teilchen loslösen usw. — Stehen Akkumulatoren in der -Nähe einer Dynamomaschine, bei der Kupferbürsten benutzt -werden, so können kleine Kupferpartikelchen in -die Säure fliegen.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Eine bis jetzt noch nicht aufgeklärte Beobachtung hat <span -class="nowrap"><span class="gesp">Kugel</span><a id="FNanchor91"></a><a href="#Footnote91" class="fnanchor">[91]</a></span> -gemacht. Er fand, daß, wenn mehrere Metalle, die für sich allein -nur in geringem Grade schädlich sind, gleichzeitig in der Säure zugegen -sind, eine stärkere Selbstentladung erfolgt.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Durch Untersuchungen von <span class="gesp">Kayser</span> und <span class="gesp">Ost</span> soll -nachgewiesen sein, daß Kupfer, wenn es allein in -der Säure vorkommt, eine Entladung nicht hervorruft; -jedoch fand auch dann Selbstentladung statt, sobald ein -zweites geeignetes Metall in der Säure war (s. <span class="gesp">Hoppe</span>, -Die Akkumulatoren für Elektrizität). — Verfasser weiß -aus Erfahrung, daß Zellen, in die Kupferstaub geraten -war, vollständig verdorben wurden.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page110">[110]</span></p> - -<p>Wenn durch metallische Verunreinigungen eine -Selbstentladung verursacht wird, so gasen die Negativen -nach Unterbrechung des Ladestromes noch längere Zeit -nach und die Dichtigkeit der Akkumulatorsäure nimmt -ab, dementsprechend sinkt die elektromotorische Kraft -langsam.</p> - -<p>d) Ferner ist die Anwesenheit <span class="gesp">schädlicher Metalle -in den Platten</span> selbst zu erwähnen. Hier -gelten dieselben Betrachtungen wie eben. Natürlich -kann eine metallische Verunreinigung nur dann Selbstentladung -verursachen, wenn das betreffende Metall -mit der Säure in Berührung kommt.</p> - -<p id="Ref24">e) <span class="gesp">Lokalaktion an der positiven Platte.</span> -Dort findet eine Berührung zwischen Blei- und Bleisuperoxydteilchen -statt, die mit hinzutretender Schwefelsäure -Lokalelemente bilden. Die Lokalaktion besteht -in der Umwandlung von Bleisuperoxyd der aktiven -Masse und Blei des Trägers in Bleisulfat, bewirkt also -eine Abnahme der augenblicklichen Kapazität der positiven -Platten (und eine Zunahme der späteren, s. <a href="#Ref20">Formation</a>).</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Auch an der negativen Elektrode sollen nach <span class="gesp">Darrieus</span> Lokalaktionen -stattfinden (?), da Hartblei (s. <a href="#Page118">S. 118</a>) und Bleischwamm in -verdünnter Schwefelsäure ein galvanisches Element von 0,520 Volt -(nach <span class="gesp">Sieg</span> von 0,225 Volt) bilden.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>f) Endlich kann eine ganz schwache Selbstentladung -durch Verunreinigungen der Säure herbeigeführt werden, -die leicht oxydierbar sind und in zwei verschiedenen -Oxydationsstufen vorkommen, z. B. Eisen, das Ferro- -und Ferrisalze bildet. Sie nehmen an der positiven -Elektrode Sauerstoff auf, diffundieren als sauerstoffreiche -Verbindungen nach der negativen Elektrode hin, -geben dort Sauerstoff ab, gelangen durch Diffusion -wieder nach der positiven Platte usw.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page111">[111]</span></p> - -<p>Die Geschwindigkeit, mit der die Selbstentladung -erfolgt, wächst mit der Konzentration der Säure, weil -die elektromotorischen Kräfte der verschiedenen in Betracht -kommenden Elemente mit der Säuredichte ansteigen. -Dies gilt besonders von der Kombination Blei -| verdünnte Schwefelsäure | Wasserstoff. Je größer die -elektromotorische Kraft dieser Kette ist, je mehr sie -also die „Überspannung‟ übertrifft, um so leichter erfolgt -Wasserstoffentwicklung. Ist die Säure stark konzentriert, -so kann sich auch chemisch reines Blei unter -lebhafter Wasserstoffentwicklung auflösen (es gehen -Bleiionen in die Lösung und Wasserstoffionen aus der -Lösung auf das Blei, wo sie ihre Ladung abgeben und -als Blasen <span class="nowrap">entweichen<a id="FNanchor92"></a><a href="#Footnote92" class="fnanchor">[92]</a>).</span></p> - -<p>Über die Größe der Stromverluste infolge der -<span class="nowrap">Selbstentladung<a id="FNanchor93"></a><a -href="#Footnote93" class="fnanchor">[93]</a></span> können genaue Angaben nicht gemacht -werden; sie hängt eben von Zufälligkeiten ab, vor allem -von der Reinheit der Materialien und von der Konstruktion -der Platten. Für positive Platten wird sie -im allgemeinen eine andere sein als für negative. Ferner -dürfte die Selbstentladung um so größer sein, je weiter -die sogen. Oberflächenentwicklung getrieben ist, lehrt -doch die Erfahrung, daß für Großoberflächenplatten der -Verlust durch freiwillige Entladung in einer bestimmten -Zeit bedeutend größer ist als für sogen. -<span class="nowrap">Masseplatten<a id="FNanchor94"></a><a href="#Footnote94" -class="fnanchor">[94]</a>.</span><span class="pagenum" id="Page112">[112]</span> -In den ersten Tagen nach der Ladung ist der prozentuale -Verlust größer als später.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Da die Selbstentladung mit einem Verbrauch von Schwefelsäure -Verbunden ist, so kann man sich mit Hilfe des Aräometers ein angenähertes -Bild von dem Zustande der Zelle verschaffen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Auf die Schlüsse, die sich aus der Selbstentladung -für die Praxis ergeben, wird später näher eingegangen -(s. <a href="#Page132">Kap. 7</a>). Hier sei nur darauf aufmerksam gemacht, -daß man bei der Wahl des Systems in manchen Fällen -auf die Selbstentladung Rücksicht nehmen muß. Je -größer die Selbstentladung ist, um so größer ist die -Gefahr, daß der Akkumulator Schaden leidet, wie sich -aus dem folgenden Abschnitte ergibt.</p> - -<p id="Ref14"><span class="gesp">Sulfatierung.</span> Läßt man einen Akkumulator -in entladenem Zustande längere Zeit stehen, so beobachtet -man, daß sich auf der Oberfläche der Platten -weiße Flecke bilden, die im Laufe der Zeit an Größe -zunehmen; schließlich (nach mehreren Wochen) ist die -ganze Oberfläche mit einer weißen Schicht bedeckt. -Wie die chemische Analyse zeigt, besteht die Masse, -die sich auf den Platten ansetzt, aus reinem Bleisulfat -(daher der Name Sulfatierung oder Sulfatisierung). Diese -Sulfatschicht unterscheidet sich von dem bei jeder Entladung -entstehenden Bleisulfat dadurch, daß sie aus -größeren Krystallen besteht, während letzteres einen -mit Schwefelsäure überall durchtränkten Überzug bildet. -Wir müssen also schließen, daß die Sulfatierung auf -eine <span class="gesp">physikalische</span> Veränderung des schwefelsauren -Bleies zurückzuführen ist. <span class="nowrap"><span class="gesp">Elbs</span><a -id="FNanchor95"></a><a href="#Footnote95" class="fnanchor">[95]</a></span> gibt folgende Erklärung: -Die Löslichkeit des Bleisulfates in verdünnter -Schwefelsäure nimmt mit der Temperatur schnell zu. -Nun unterliegt die Temperatur des Raumes, in dem sich<span class="pagenum" id="Page113">[113]</span> -der Akkumulator befindet und daher auch die Temperatur -der Säure forwährenden Schwankungen. Steigt die -Temperatur (am Tage), so geht neues, an den Elektroden -vorrätiges Bleisulfat in Lösung, sinkt die Temperatur -(abends, in der Nacht), so scheidet sich ein Teil -des gelösten Sulfates in kristallinischem Zustande ab. -Bei dem folgenden Temperaturanstieg geht wieder Sulfat -in Lösung. Da sich aber das strukturlose, bei der -vorhergegangenen Entladung entstandene Salz leichter -löst, so nehmen die schon vorhandenen Kristallnadeln -nur wenig an Größe ab. Bei der nächsten Abkühlung -geht wieder Bleisulfat aus der Lösung heraus und setzt -sich an die vorhandenen Kristallnadeln an. So wachsen -also die Kristalle im Laufe der Zeit auf Kosten des -bei der Entladung entstandenen Sulfates, bis schließlich -die ganze Oberfläche mit einer zusammenhängenden, -für Flüssigkeiten fast undurchdringlichen Kruste von -kristallinischem Bleisulfat bedeckt ist.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Für die Richtigkeit dieser Erklärung dürfte der folgende vom -Verfasser angestellte Versuch sprechen: In verdünnte Schwefelsäure, -in der sich fein verteiltes Bleisulfat befand, wurde eine Bleiplatte -eingetaucht. Nach Verlauf von mehreren Wochen war die Bleiplatte -zum Teil mit einer ziemlich dicken, weißen Kruste bedeckt. Besonders -stark hatte sich das Bleisulfat an den Teilen der Platte angesetzt, -die sich in der Nähe der Oberfläche der Säure befanden. -Dort nimmt die Säure am leichtesten die Temperatur der Umgebung -an (das Glasgefäß war luftdicht abgeschlossen).</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Schließt man eine Zelle, in der stärkere Sulfatierung -erfolgt ist, an ein Voltmeter an, so findet man, daß ihre -elektromotorische Kraft nahezu Null ist. Die folgende -Ladung ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, -weil der innere Widerstand der Zelle ein ungewöhnlich -großer ist. Die starke Zunahme des inneren Widerstandes -ist darauf zurückzuführen, daß die Sulfatschichten -dem Strome das Eindringen in den Elektrolyten<span class="pagenum" id="Page114">[114]</span> -<span class="nowrap">erschweren<a id="FNanchor96"></a><a -href="#Footnote96" class="fnanchor">[96]</a>.</span> Nimmt die Zelle Strom auf, so -sinkt der innere Widerstand einige Zeit nach Beginn -der Ladung langsam.</p> - -<p>Die Erfahrung lehrt, daß bei einem Akkumulator -mit sulfatierten Platten die Ladung mit Ruhepausen -von Vorteil ist; man lädt also kurze Zeit, schaltet die -Stromquelle ab, setzt nach einiger Zeit die Ladung -fort usw. Ferner soll sich die schädliche Sulfatschicht -auf den Positiven leichter entfernen lassen als auf den -Negativen.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Meines Erachtens ist die Erklärung für diese Erfahrungstatsachen -folgende: 1. Das kristallinische Bleisulfat löst sich nur sehr -langsam in der Säure; daher wird, auch wenn mit kleiner Stromdichte -geladen wird, bei Stromzufuhr mehr Bleisulfat herauselektrolysiert -als sich löst, so daß die Säure bald an Bleisulfat verarmt. -Während der Ruhepause sättigt sich die Säure mit Bleisulfat usw. -2. Die Dichte der Säure unmittelbar an der Oberfläche der positiven -Elektrode nimmt bei der Ladung stärker zu als an der negativen -Platte, da an ersterer nach der Sulfattheorie Wasser verbraucht und -Schwefelsäure gebildet wird. Die Löslichkeit des Bleisulfates wächst -mit der Säuredichte <span class="nowrap">schnell<a -id="FNanchor97"></a><a href="#Footnote97" class="fnanchor">[97]</a>.</span> Man darf daher wohl den Schluß -ziehen, daß das kristallinische Bleisulfat der positiven Platten leichter -und schneller in Lösung geht, als dasjenige an der negativen Elektrode.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Neigung zur Sulfatierung wächst mit der -Säuredichte, weil die Löslichkeit des Bleisulfates — -für das hier in Betracht kommende Intervall — mit dem -Schwefelsäuregehalt steigt (s. <a href="#Footnote97">Fußnote</a>) und damit die -Geschwindigkeit einer Umkristallisierung.</p> - -<p>Auf den ersten Blick hat es den Anschein, als ob -bei einer Zelle, die ein Glied einer Akkumulatorenbatterie -ist, Sulfatisierung ausgeschlossen sei, wenn die<span class="pagenum" id="Page115">[115]</span> -Batterie nach Vorschrift geladen und entladen wird. -Dies ist aber keineswegs der Fall. Nehmen wir nämlich -an, daß bei einer Zelle, die wir mit Z bezeichnen -wollen, eine leitende Verbindung zwischen einer positiven -und einer negativen Platte entstanden sei, etwa -durch herabgefallene aktive Masse. Es fließt dann fortwährend -Strom von der positiven Elektrode durch den -Kurzschluß nach der negativen Platte, so daß die Zelle -viel früher entladen ist als die anderen Elemente. Erfolgt -die nächste Ladung, so fließt der Ladestrom in Z -zum Teil durch die Säure, zum größten Teil durch den -metallischen Leiter in der Zelle, und dieser letztere -Teil kommt für die Elektrolyse nicht in Betracht. Sind -also die übrigen Zellen vollgeladen, so ist Z noch weit -zurück. Nach der Ladung entlädt sich die betreffende -Zelle ziemlich schnell. Sie befindet sich also fast immer im -entladenen Zustande, wodurch die Sulfatierung begünstigt -wird. Denn je mehr fein verteiltes Sulfat vorhanden -ist, um so leichter kann sich kristallisiertes Sulfat bilden.</p> - -<p>Ferner kann Sulfatierung erfolgen, wenn die Kapazität -eines Elementes aus irgend einem Grunde kleiner -ist als diejenige anderer, mit denen es in Serie geschaltet -ist, wenn z. B. ein altes Element mit einem -neuen zusammenarbeitet. Die betreffende Zelle wird -dann bei jeder Entladung der Batterie zu stark beansprucht; -die Ladung wird erschwert, die zwischen -Ladung und Entladung liegende Zeit ist bei ihr größer -als bei den übrigen Zellen.</p> - -<p>Die Erfahrung lehrt, daß die Sulfatierung schneller -erfolgt, wenn die Entladung zu weit getrieben wird. Sie -ist oft mit einer Krümmung der Platten verbunden, durch -die ein innerer Kurzschluß herbeigeführt werden kann.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote88"><a href="#FNanchor88"><span class="label">[88]</span></a> -Die Absorption erfolgt an der Oberfläche der Säure, durch -Diffusion gelangt der absorbierte Sauerstoff in das Innere.</p> - -<p id="Footnote89"><a href="#FNanchor89"><span class="label">[89]</span></a> <span class="gesp">Dolezalek</span> l. c. S. 75.</p> - -<p id="Footnote90"><a href="#FNanchor90"><span class="label">[90]</span></a> Verbindet man eine frisch geladene Bleischwammelektrode -und ein Kupferblech (beide in verdünnter Schwefelsäure) mit einem -empfindlichen Voltmeter, so findet man, daß die Spannung schnell -auf einige Millivolt fällt.</p> - -<p id="Footnote91"><a href="#FNanchor91"><span class="label">[91]</span></a> Elektrot. Ztschr. 1892 S. 12.</p> - -<p id="Footnote92"><a href="#FNanchor92"><span class="label">[92]</span></a> -Die Säure muß, wenn dieses geschehen soll, eine so große -Dichte haben, daß die elektromotorische Kraft der vorhin erwähnten -Kette gleich der Überspannung für Blei ist, nämlich 0,64 Volt.</p> - -<p id="Footnote93"><a href="#FNanchor93"><span class="label">[93]</span></a> -Nach <span class="gesp">Bein</span> (Elemente und Akkumulatoren, Leipzig 1908, -S. 184) soll die Selbstentladung in Schwefelsäure von 1,8 Dichte nach -2 Tagen bis zu 14% betragen. Unter normalen Verhältnissen dürfte -jedoch der Verlust durch Selbstentladung viel geringer sein. Auch -<span class="gesp">Dolezalek</span> gibt kleinere Zahlen an.</p> - -<p id="Footnote94"><a href="#FNanchor94"><span class="label">[94]</span></a> -Man vergl. die Untersuchungen von <span class="gesp">Albrecht</span>, E. T. Z. 1907, -Seite 539.</p> - -<p id="Footnote95"><a href="#FNanchor95"><span class="label">[95]</span></a> -<span class="gesp">Elbs</span>, Die Akkumulatoren, 4. Aufl., S. 46.</p> - -<p id="Footnote96"><a href="#FNanchor96"><span class="label">[96]</span></a> -Daß der Elektrolyt, wie vielfach behauptet wird, stark an -Säure verarmt, konnte der Verfasser nicht finden.</p> - -<p id="Footnote97"><a href="#FNanchor97"><span class="label">[97]</span></a> -Aus dem vorhandenen Beobachtungsmaterial muß man schließen, -daß die Löslichkeit des Bleisulfates mit der Säuredichte zuerst abnimmt, -bei etwa 1,22 ein Minimum hat und dann stark steigt.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page116">[116]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Sechstes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Plattenkonstruktionen, Herstellung der Platten, Formation.</span></h2> - -<p>I. <span class="gesp">Plattenkonstruktionen</span>. <span class="gesp">Planté</span>, den wir -bereits als den Erfinder des Bleiakkumulators kennen -lernten (s. <a href="#Page34">S. 34</a>), benutzte für seine Untersuchungen -glatte Bleiplatten; von diesen wurden zwei aufeinandergelegt -und durch Kautschukbänder voneinander getrennt; -das Ganze wurde zu einer Spirale aufgewickelt. Bei -solchen glatten Platten eine auch nur einigermaßen -befriedigende Kapazität zu erhalten, war sehr umständlich -(s. <a href="#Ref20">Formation</a>).</p> - -<p>Um die Kapazität zu erhöhen und die Formationszeit -zu verringern, trug <span class="nowrap"><span class="gesp">Faure</span><a -id="FNanchor98"></a><a href="#Footnote98" class="fnanchor">[98]</a>,</span> dessen Deutsches -Patent vom 8. Februar 1881 datiert ist, auf glatte -Bleiplatten einen aus Bleioxyden (Bleiglätte, Mennige) -und verdünnter Schwefelsäure hergestellten dicken Brei -auf. Die Schicht wurde durch einen Überzug aus -poröser Masse (Filz oder dergl.) festgehalten.</p> - -<p>Eine bedeutende Vereinfachung und Verbesserung -des Faureschen Verfahrens erzielte <span class="gesp">Volckmar</span> — -Patent vom 9. Dez. 1881 — dadurch, daß er als Träger -der aktiven Masse Bleiplatten benutzte, in denen sich<span class="pagenum" id="Page117">[117]</span> -zahlreiche rechteckige oder sonstwie geformte Löcher -befanden. Die Rippen verjüngten sich nach außen. -Die Füllmasse, die sogenannte Paste, wurde als Brei in -die Löcher eingetragen; sie bestand aus Bleipulver oder -Bleimehl, das mit verdünnter Schwefelsäure angerührt -wurde. Volckmar ist also der Erfinder der sogenannten -<span class="gesp">Gitterplatten</span>, die man auch wohl <span class="gesp">gepastete</span> oder -<span class="gesp">pastierte</span> Platten oder Masseplatten nennt.</p> - -<p><span class="gesp">De Kabath</span> suchte bei möglichst kleinem Gewichte -der Platten, ohne Bleisalze zu verwenden, eine möglichst -große Oberfläche zu erzielen. Er stellte wellenförmige -Bleistreifen von 1 cm Breite her, die in Bleischeiden -geschoben wurden.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig14"> -<p class="caption">Fig. 14.</p> -<img src="images/illo14.jpg" alt="Doppelgitter" width="400" height="274" /> -</div> - -<p>In der Folgezeit wurden zahlreiche Gitterkonstruktionen -erfunden; nomen eorum est legio. Die meisten -waren aber Eintagsfliegen, sie konnten sich im Betriebe -nicht bewähren, vor allem weil dem Umstande nicht -genügend Rechnung getragen war, daß die kleinen -Kuchen oder Pastillen beim Laden und Entladen ihr -Volumen ändern, so daß der Zusammenhang zwischen -der aktiven Masse und den Gitterstäben mangelhaft -wurde oder die Pastillen rissen und herausfielen. Um -diese Übelstände zu beseitigen, konstruierte <span class="gesp">Correns</span> -(1888) eine Platte, die man als -<span class="gesp">Doppelgitter</span> bezeichnen kann. -Wie man sieht, haben die Stege -<i>a b</i> dreieckigen Querschnitt, und -es liegen je zwei, etwas gegeneinander -versetzt, übereinander (siehe -<a href="#Fig14">Fig. 14</a>). Die Pastillen sind in der -Mitte infolgedessen etwas eingeschnürt. Die zwischen -je zwei Querbalken <i>c d</i> liegenden Felder stehen im Zusammenhang. -Das <span class="gesp">Corrensgitter</span> wird von den -Akkumulatoren- und Elektrizitätswerken vorm. W. A.<span class="pagenum" id="Page118">[118]</span> -<span class="gesp">Boese</span> in Berlin hergestellt. Auf die Entwicklung -der Großoberflächenplatten werden wir noch zurückkommen. -Wir wenden uns jetzt zu den neueren Konstruktionen; -es sollen aber nur die bekanntesten deutschen -Fabrikate berücksichtigt werden. Man kann die -Akkumulatorenplatten nach verschiedenen Gesichtspunkten -einteilen. 1. Mit Rücksicht auf die Verwendung, -die der Akkumulator finden soll, kann man -unterscheiden zwischen Platten für stationäre und transportable -Elemente. Bei ersteren kommt es auf das -Gewicht weniger an, verlangt wird eine große Lebensdauer. -Diese ist, wie wir noch sehen werden, bei dicken -Platten größer als bei dünnen. Auch die Beanspruchung -im Betriebe wird bei der Konstruktion bezw. bei der -Wahl der Platten eine Rolle spielen; für Pufferbetrieb -wird man eine andere Platte wählen als für Telephonbetrieb.</p> - -<p>2. Man kann ferner inbezug auf das Material unterscheiden -zwischen Platten aus reinem Blei oder einer -Legierung von Blei und Antimon, die man Hartblei -nennt, und Platten aus Blei und Bleisalzen (Paste): -zwischen Großoberflächen- oder Planté-Platten und Masse- -oder Faure-Platten. Mit Rücksicht auf den Träger der -wirksamen <span class="nowrap">Masse<a id="FNanchor99"></a><a -href="#Footnote99" class="fnanchor">[99]</a></span> kann man einteilen in <span class="gesp">Kernplatten</span>, -d. h. Platten, die in der Mittelebene einen -zusammenhängenden Kern haben, auf dem sich die -Rippen oder dergl. erheben, in <span class="gesp">Einfachgitterplatten</span> -und <span class="gesp">Doppelgitter</span>.</p> - -<p><span class="gesp">Großoberflächenplatten.</span> Die große Oberfläche -erzielt man dadurch, daß man die Platte mit<span class="pagenum" id="Page119">[119]</span> -zahlreichen Rippen, Zähnen, Leisten u. dergl. versieht. -Die von der Säure benetzte, daher der Stromwirkung -zugängliche Oberfläche nennt man die <span class="gesp">abgewickelte</span> -Oberfläche.</p> - -<p>Hat eine Platte von 1 dm Länge und 1 dm Breite, -deren <span class="gesp">projizierte</span> Oberfläche also 1 dm<sup>2</sup> beträgt, eine -abgewickelte Oberfläche von 4 dm<sup>2</sup>, so sagt man, daß -die <span class="gesp">Oberflächenentwickelung</span> eine vierfache sei. -Die Großoberflächenplatte wurde besonders von den Gebrüdern -<span class="gesp">Tudor</span> (<span class="gesp">Akkumulatorenfabrik Aktien-Gesellschaft</span>, -<span class="gesp">Hagen</span> i. W.) ausgebildet.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Anfänglich wurden die Platten (positive), die auf beiden Seiten -mit relativ hohen, dünnen Rippen versehen waren, bis sie die volle -Kapazität erreicht hatten, nach Planté formiert (s. <a href="#Page127">S. 127</a>). Dieses -Verfahren war langwierig und sehr kostspielig. Daher wurden die -Platten später zuerst eine Zeitlang nach Planté formiert; dann wurden -die Zwischenräume zwischen den Rippen mit einem Brei aus Mennige -und Schwefelsäure ausgefüllt. Schließlich wurden die hergerichteten -Platten mehrmals geladen und entladen, wodurch die Mennige in Bleisuperoxyd -umgewandelt wurde. Die aufgetragene Masse diente vorläufig -als aktives Material. Je nach der Beanspruchung der Platte -inbezug auf Höhe des Lade- und Entladestromes, sowie der entnommenen -Elektrizitätsmenge (Kapazitätsbeanspruchung) wird <span class="gesp">jede -künstlich auf eine positive Bleiplatte aufgetragene -Masse früher oder später weich</span> und fällt auf den Boden. -Bei den <span class="gesp">Tudor</span>-Platten war nach 1 bis 2 Jahren die aufgetragene -Masse herausgespült. In dieser Zeit aber hatte sich die Bleisuperoxydschicht -um so viel weiter aus dem Bleikern entwickelt, daß die -Dicke derselben einschließlich der Reste der aufgetragenen Masse, -die fest mit der Schicht verwachsen waren, nunmehr genügte, der -Platte die von ihr verlangte Kapazität zu geben; die Platte war dann -eine reine <span class="gesp">Planté</span>-Platte.</p> - -<p>Da die Platte nach einiger Betriebsdauer als reine Großoberflächenplatte -arbeiten sollte, so mußte natürlich, damit die Leistung -pro Kilogramm aufzuwendenden Bleimaterials möglichst groß wurde, -die Zahl der auf der Flächeneinheit des Kerns stehenden Rippen -möglichst gesteigert und die Höhe der Rippen möglichst groß gewählt -werden, die Nuten wurden also eng und tief gemacht. Es zeigte<span class="pagenum" id="Page120">[120]</span> -sich nun, daß dann die in die Rillen eingetragene Masse nicht mehr -schnell genug von der Säure durchdrungen wurde. Infolgedessen -blieb von einer gewissen Steigerung der Oberflächenentwickelung ab -die gewünschte Mehrleistung aus. Um diesen Übelstand zu beheben, -suchte man das Eintragen der aktiven Masse ganz zu vermeiden. -Die Platte wird jetzt unter Benutzung eines neuen Verfahrens in -der Fabrik so weit formiert, daß sie von vornherein die gewünschte -Kapazität hat. Da keine Masse eingetragen wird, so kann die Oberflächenentwickelung -wesentlich vergrößert werden.</p> - -</div><!--blquote--> - -<div class="figcenter" id="Fig15"> -<p class="caption">Fig. 15.</p> -<img src="images/illo15.jpg" alt="Positive Platte" width="450" height="263" /> -</div> - -<p><a href="#Fig15">Fig. 15</a> zeigt den Querschnitt und die bildliche -Darstellung der für Beleuchtungsbatterien zur Verwendung -kommenden -positiven Platten der -<span class="gesp">Akkumulatoren-Fabrik -Aktien-Gesellschaft</span>. -Die -Platte wird ohne Kern -hergestellt. <i>a b</i> sind -die Längsrippen; sie -werden durch Stege -<i>c d</i> zusammengehalten. Die Oberflächenentwickelung -ist eine achtfache. Die Rippen sind vollständig frei, -so daß die Säure gut zirkulieren kann.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Eine zu weit getriebene Oberflächenentwickelung hat, wenn -man den Akkumulator, wie es beim Pufferbetrieb der Fall ist, mit -relativ hoher Stromdichte beansprucht, einen Nachteil, nämlich, daß -der Spannungsabfall in der Säure wächst. Es geht dies aus folgendem -Beispiele hervor. Von einer positiven Platte mit achtfacher -Oberflächenentwickelung denken wir uns ein Stück von 1 dm Länge -und 1 dm Breite als positive Platte in einem Akkumulator; die -negative Platte sei gerade so groß; der Abstand der Oberflächen der -beiden Platten werde der Einfachheit halber zu 1 cm angenommen; -der spezifische Widerstand der Säure sei ρ Ohm (bezogen auf 1 cm<sup>3</sup>). -Der Widerstand, den der Strom in der Säure zu überwinden hat, ist -gleich <span class="horsplit"><span class="top"><span class="nowrap">ρ<a -id="FNanchor100"></a><a href="#Footnote100" class="fnanchor">[100]</a></span></span><span class="bottom">100</span></span> -Ohm. Die einer <span class="gesp">glatten</span> Oberfläche von 1 dm<sup>2</sup> -entsprechende<span class="pagenum" id="Page121">[121]</span> -Stromstärke sei i, dann wäre also, wenn der Akkumulator -der Oberflächenentwickelung entsprechend ausgenutzt wird, die in -Rechnung zu setzende Stromstärke 8i und der durch den Widerstand -in der Säure bedingte Spannungsabfall E<sub>1</sub> = 8i . -<span class="horsplit"><span class="top">ρ</span><span class="bottom">100</span></span> Volt. Bei einem -zweiten Akkumulator sei die Oberflächenentwickelung der positiven -Platte eine einfache (glatte Oberfläche ohne Rippen). Soll dieser -zweite Akkumulator dasselbe leisten wie der erste, so muß seine -positive Platte 8 mal größer sein; bei sonst gleichen Umständen -(gleiche Säuredichte, gleiche Größe der negativen Platte wie eben) -wäre dann der Widerstand in der Säure -<span class="horsplit"><span class="top">1</span><span class="bottom">4</span></span> . -<span class="horsplit"><span class="top">ρ</span><span class="bottom">100</span></span> -(nicht <span class="horsplit"><span class="top">ρ</span><span class="bottom">8×100</span></span>, da -der mittlere Säurequerschnitt 4 dm<sup>2</sup> ist) und der Spannungsverlust -in der Säure E<sub>2</sub> = 8i . <span class="horsplit"><span class="top">1</span><span -class="bottom">4</span></span> . <span class="horsplit"><span class="top">ρ</span><span -class="bottom">100</span></span> = <span class="horsplit"><span class="top">1</span><span -class="bottom">4</span></span>E<sub>1</sub>. Wir gelangen also zu dem -Resultate, daß eine <span class="gesp">der Oberflächenentwickelung entsprechende -Beanspruchung einen größeren Spannungsabfall -zur Folge</span> hat. Dies ist besonders bei Pufferbatterien zu -berücksichtigen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die genannte Firma verwendet für Pufferbatterien -eine mit der in <a href="#Fig15">Fig. 15</a> abgebildeten inbezug auf die -Konstruktion übereinstimmende Platte, die aber nur -eine 6fache Oberflächenentwickelung hat.</p> - -<p><span class="gesp">Großoberflächenplatten</span> sollen sich, wie von -Fachleuten oft behauptet wird, <span class="gesp">nicht als negative</span> -Platten eignen, da der Bleischwamm keinen festen Halt -habe, während das Bleisuperoxyd fest mit dem Bleikern -verwächst. In neuerer Zeit jedoch versucht man die -Großoberflächenplatten auch als negative Elektroden -auszubilden.</p> - -<p><span class="gesp">Gitterplatten</span> oder pastierte Platten werden -als positive und negative Elektroden benutzt. Die -Gitter dienen hier dazu, die eingetragene Masse (Füllmasse) -festzuhalten und den Strom den einzelnen Teilen -zuzuführen. Sie müssen genügende mechanische Festigkeit -haben. Die Stromverteilung muß eine möglichst -gleichmäßige sein, weil sonst eine ungleichmäßige, den<span class="pagenum" id="Page122">[122]</span> -chemischen Umsatz begleitende Volumänderung erfolgt -und eine Deformation der Platte (Krümmung), sowie -schlechter Kontakt zwischen Träger und aktiver Masse -eintreten kann. Je kürzer die Entladedauer, um so -enger sollte daß Gitter sein.</p> - -<p>Die <span class="nowrap">Paste<a id="FNanchor101"></a><a -href="#Footnote101" class="fnanchor">[101]</a></span> wird hergestellt aus Mennige (Pb<sub>3</sub>O<sub>4</sub>, -rot) oder Bleiglätte (Bleioxyd, PbO, gelblichrot) oder -aus einer Mischung der beiden Oxyde. Für die Anode -wird, um die Formation zu beschleunigen, Mennige, für -die Kathode Bleiglätte bevorzugt. Auch Bleimehl kann -verwendet werden.</p> - -<p>Als Bindemittel verwendet man verdünnte Schwefelsäure, -Glyzerinschwefelsäure, d. h. eine Mischung aus -Schwefelsäure und Glyzerin, oder Magnesiumsulfatlösung -und noch andere Flüssigkeiten. Die Schwefelsäure soll -frei sein von Arsenverbindungen, Chlor, Salpetersäure -und salpetriger Säure. Wie die Säure auf diese Verunreinigungen -hin untersucht wird, werden wir später sehen. -Die Paste wird nach sorgfältiger Reinigung der Träger -(Gitter) mittels eines eichenen Spatels eingetragen -(Schmieren); die pastierten Platten werden in einem -mäßig warmen Raume getrocknet. Es verbindet sich -die Schwefelsäure während des Trocknens mit Bleiglätte -allmählich zu Bleisulfat und die Paste erhärtet infolge -Verdunstung des Wassers, die Masse wird <span class="nowrap">porös<a -id="FNanchor102"></a><a href="#Footnote102" class="fnanchor">[102]</a>.</span> Die -Mennige verbindet sich langsamer mit der Schwefelsäure,<span class="pagenum" id="Page123">[123]</span> -wahrscheinlich unter Bildung von Bleisulfat und -Abscheidung von Bleisuperoxyd nach der Gleichung:</p> - -<p class="equation">Pb<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> = -2PbSO<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O + PbO<sub>2</sub>.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig16"> -<p class="caption">Fig. 16.</p> -<img src="images/illo16.jpg" alt="Negative Platte" width="600" height="258" /> -</div> - -<p>Der Bleischwamm der negativen Platten hat die -Neigung, im Laufe der Jahre zusammenzusintern, eine -Erscheinung, die man als <span class="gesp">Schrumpfen</span> oder <span class="gesp">Verbleiung</span> -bezeichnet. Die Masse verliert ihre lockere -Struktur, und die Folge ist, daß die Kapazität der -negativen Platten allmählich zurückgeht. Um diesem -Übelstande zu steuern, mischt man der Masse gewisse -Stoffe bei, durch die das Zusammenbacken der Bleischwammteilchen -verhindert wird, wie Kaolin, Glaspulver -usw. Wird soviel von diesem indifferenten -Material beigemischt, daß das Sintern dauernd unmöglich -ist, so macht sich ein anderer Übelstand bemerkbar; -es tritt nämlich ein so starkes Quellen ein, daß die -Masse aus dem gewöhnlichen, alten Gitter herauswächst -und als unwirksam zu Boden fallen kann. Dieses kann -nun dadurch verhütet werden, daß man die Gitterplatte -auf beiden Seiten mit einer perforierten Scheibe aus -Hartgummi oder dergl. bedeckt. Die <span class="gesp">Akkumul.-Fabrik, -Akt.-Gesellsch.</span> hüllt ihre aus einem weitmaschigen<span class="pagenum" id="Page124">[124]</span> -Gitter bestehende negative Platte in ein mit -zahlreichen kleinen Löchern versehenes Bleiblech ein -(s. <a href="#Fig16">Fig. 16</a>). Das Gitter besteht aus zwei Hälften; -jedes wird auf ein perforiertes Blech aufgegossen. -Die Massepastillen werden besonders hergestellt und -in die eine Gitterhälfte eingelegt. Dann wird die -andere Plattenhälfte aufgelegt, und die beiden Hälften -werden fest miteinander verbunden. Da die Pastillen -also gleichsam in kleinen Kästchen mit perforierter -Grund- und Deckfläche liegen, so wird die Platte als -<span class="gesp">Kastenplatte</span> bezeichnet.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig17"> -<p class="caption">Fig. 17.</p> -<img src="images/illo17.jpg" alt="Gitter" width="550" height="378" /> -</div> - -<p><span class="gesp">Gottfried Hagen</span> in Cöln-Kalk verwendet als -Anoden und Kathoden Gitterplatten. Dies hat, wie -die Firma sagt, den -Vorzug, daß die Kapazität -beider Plattenarten -gänzlich unabhängig -von der Sorgfalt -bei der Formation -wird und stets die -gleiche bleiben muß, -da alle Platten derselben -Art und Größe -stets die gleiche Menge -wirksamer Bleisalze -enthalten. Die viereckigen -Gitteröffnungen -werden bei den -für stationäre Batterien -bestimmten Platten -um so enger gemacht, -je kürzer die -Entladedauer oder je größer die Stromdichte bei der -Entladung sein soll. Für starke Beanspruchung wird<span class="pagenum" id="Page125">[125]</span> -das in <a href="#Fig17">Fig. 17</a> abgebildete Gitter benutzt. Es gleicht -in seinem Aussehen den Großoberflächenplatten; es wird -aus reinstem Weichblei hergestellt, während die Gitter -mit großen Öffnungen (Elektromobile), um genügende -mechanische Festigkeit zu erzielen, aus Hartblei (Blei -und Antimon) gegossen -werden.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig18"> -<p class="caption">Fig. 18.</p> -<img src="images/illo18.jpg" alt="Gitter" width="366" height="550" /> -</div> - -<p>In neuerer Zeit -hat die Firma die -negativen Platten -wesentlich geändert, -und zwar beziehen -sich die Änderungen -sowohl auf das Gitter -wie auf die Zusammensetzung -der Masse. -Die Beschaffenheit -des neuen Gitters ist -aus den <a href="#Fig18">Figuren 18</a> -und <a href="#Fig19">19</a> zu ersehen; -die letztere zeigt -einen Ausschnitt in -größerem Maßstabe. -Es sind, wie man -sieht, außer den nach -außen spitz zulaufenden -Längsrippen flache, die mechanische Festigkeit -erhöhende Bänder vorhanden. Durch die Mitte der -Platte (s. <a href="#Fig18">Fig. 18</a>) läuft eine starke Leiste, so daß die -ganze Platte aus zwei Rahmen besteht.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig19"> -<p class="caption">Fig. 19.</p> -<img src="images/illo19.jpg" alt="Gitter" width="550" height="353" /> -</div> - -<p>Für transportable Akkumulatoren verwenden die -<span class="gesp">Akkumulatoren- und Elektrizitätswerke -Akt.-Ges. vormals W. A. Boese & Co.</span> sogenannte -<span class="gesp">Masseplatten</span>. Diese bestehen aus einem Hartbleirahmen<span class="pagenum" id="Page126">[126]</span> -mit einer geringen Anzahl großer Felder (siehe -<a href="#Fig20">Fig. 20</a>); das Trägergewicht ist also auf ein Minimum -reduziert. Die die Felder ausfüllende Masse ist zementartig -erhärtet; in jedem Felde befinden sich mehrere -kleinere und ein größeres Loch, um den Zutritt der -Säure zu den einzelnen Teilen und die Zirkulation -zwischen den Platten zu ermöglichen. -Besonders bei Entladungen mit längeren -Ruhepausen, z. B. bei Telephonbetrieb, -erzielt man günstige Leistungen, zumal -die Selbstentladung bei solchen Platten -eine verhältnismäßig geringe <span class="nowrap">ist<a -id="FNanchor103"></a><a href="#Footnote103" class="fnanchor">[103]</a>.</span> Für -Akkumulatoren mit kürzerer Lade- und -Entladezeit sind solche Masseplatten -nicht geeignet.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig20"> -<p class="caption">Fig. 20.</p> -<img src="images/illo20.jpg" alt="Masseplatte" width="250" height="322" /> -</div> - -<p id="Ref20"><span class="gesp">Formation</span>. Das Verfahren, durch welches auf -den Platten eine genügend dicke Schicht von Bleischwamm<span class="pagenum" id="Page127">[127]</span> -bezw. von Bleisuperoxyd gebildet wird, nennt -man Formation oder Formierung.</p> - -<p>Da bei der Formation Schwefelsäure nicht verbraucht -wird, es sei denn, daß man zuerst Blei oder die -Bleisalze in Bleisulfat verwandeln will, so kann man -saure, alkalische und neutrale Lösungen verwenden. -Entweder wird die ganze Formation in <span class="gesp">einer</span> Lösung -ausgeführt, oder man behandelt die Platten nacheinander -in zwei verschiedenen Lösungen, z. B. zuerst in -alkalischer und dann in saurer Lösung. Ferner können -Anode und Kathode <span class="gesp">gleichzeitig</span> in demselben Bade -formiert werden, oder es findet eine <span class="gesp">getrennte Formation</span> -statt. Jede dieser Methoden hat ihre Vor- und -Nachteile, auf die aber hier nicht eingegangen werden soll.</p> - -<p>a) <span class="gesp">Reine Planté-Formation</span>. Wenn man als -Elektroden reine Bleiplatten benutzt und die Zelle lädt, -so erfolgt schon nach kurzer Zeit Gasentwicklung. Sobald -sich nämlich die positive Platte mit einer sehr -dünnen Schicht von Bleisuperoxyd bedeckt hat, hört -die Einwirkung des Stromes auf, da das metallisch -leitende Superoxyd den darunter liegenden Bleikern -vor dem weiteren Angriff des Stromes schützt. Um -nun die Kapazität der Elektroden zu vergrößern, lockerte -<span class="gesp">Planté</span> die Platten an der Oberfläche auf, so daß auch -unmittelbar unter der Oberfläche liegende Schichten der -Stromwirkung zugänglich wurden. Das angewandte -Formierungsverfahren war folgendes: Das Element wurde -kurze Zeit geladen, dann nach einer Ruhepause entladen, -hierauf wieder geladen u. s. f. Bei den verschiedenen -Ladungen, deren Dauer wegen der wachsenden Kapazität -allmählich größer wurde, schickte er den Strom bald -in der einen, bald in der anderen Richtung durch die -Zelle, da nur diejenige Elektrode angegriffen und aufgelockert -wird, die bei der Ladung Anode ist.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page128">[128]</span></p> - -<p>Inwiefern die Ruhepause von Vorteil ist, zeigten -später <span class="gesp">Gladstone</span> und <span class="gesp">Tribe</span>. Die Superoxydteilchen -bilden mit Bleiteilchen und Säure kleine, kurzgeschlossene -Elemente (siehe <a href="#Ref21">Selbstentladung</a>). Diese -entladen sich während der Ruhepause; hierbei werden -Blei und Bleisuperoxyd in Bleisulfat umgewandelt. Bei -der nächsten Ladung kann daher eine größere Menge -Bleisulfat in Bleisuperoxyd (bezw. in Bleischwamm, -wenn die Stromrichtung geändert wird) verwandelt -werden.</p> - -<p>Die reine Planté-Formation ist umständlich und -dauert Wochen, ja Monate lang; sie ist wegen des -großen Stromverbrauchs auch teuer.</p> - -<p>b) <span class="gesp">Beschleunigte Formation der positiven -Planté-Platten</span>. Schon <span class="gesp">Planté</span> fand, daß -die Formation schneller vor sich geht, wenn man die -Platten zuerst in mäßig konzentrierte Salpetersäure -eintaucht und dann formiert; durch die Salpetersäure -wird die Platte rein chemisch aufgelockert. Die so -erhaltene Superoxydschicht fällt aber leicht ab, sie ist -nicht so innig mit dem Bleikern verwachsen wie die -bei der rein elektrochemischen Formierung entstandene. -Auch ist die Gefahr vorhanden, daß Spuren von Salpetersäure -trotz sorgfältigen Abspülens der Platte zurückbleiben. -Die Elektrode formiert sich dann im Betriebe -immer weiter, so daß das Bleigitter oder der Bleikern -nach verhältnismäßig kurzer Zeit zerstört wird.</p> - -<p>Später sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, -um beschleunigte Formation besonders bei den positiven -Großoberflächenplatten zu erzielen. Sie bestehen -fast alle darin, daß auf rein chemischem Wege Bleiverbindungen -gebildet werden, die auf elektrochemischem -Wege in Bleisuperoxyd umgewandelt werden. Wird die -lösend wirkende Substanz dem Elektrolyten zugesetzt, so<span class="pagenum" id="Page129">[129]</span> -spielen sich beide Vorgänge gleichzeitig ab. <span class="gesp">Epstein</span> -behandelt die Bleiplatten in heißer verdünnter Salpetersäure -elektrochemisch (s. oben). Eine Platte wird dann -zwischen zwei Bleibleche gehängt, die leitend miteinander -verbunden sind; der elektrolysierende Strom tritt -an der zu formierenden Platte ein.</p> - -<p>Nach P. <span class="gesp">Schoop</span> (l. c. I S. 106) erreicht man am -sichersten eine tiefgehende Auflockerung des Bleies -bei Verwendung einer Lösung von Natriumbisulfat und -Kaliumchlorat. In den Elektrolyten werden drei Bleiplatten -aufgehängt, die Außenplatten werden miteinander -verbunden usw. (s. <a href="#Ref22">oben</a>). Auf der Mittelplatte -(Anode) bildet sich eine braune Substanz, die aber kein -Bleisuperoxyd ist. Das Chlor wird aus der Platte entfernt, -wenn die Substanz zu Bleischwamm reduziert -wird. Dies geschieht elektrochemisch in stark verdünnter -Schwefelsäure. Die Platten werden sorgfältig -mit destilliertem Wasser ausgewaschen, um alles <span class="nowrap">Chlor<a -id="FNanchor104"></a><a href="#Footnote104" class="fnanchor">[104]</a></span> -(Salzsäure) zu entfernen, dann getrocknet und erhitzt. -Es bildet sich ein gleichmäßiger und festhaftender Überzug -von Bleioxyd; dieses wird durch elektrochemische -Formation in verdünnter Schwefelsäure in Superoxyd -umgewandelt.</p> - -<p>c) <span class="gesp">Formation der pastierten Platten</span>. -α) Negative Platten. Die Füllmasse besteht aus basischem, -sowie aus neutralem Bleisulfat und aus nicht -zersetztem Bleioxyd. Da sie ziemlich grobkörnig ist -und nur zum Teil aus Bleisulfat besteht, so geht dieses -nur langsam in Lösung. Infolgedessen wird, wenn man -nicht mit sehr geringer Stromdichte arbeitet, der Elektrolyt -an Bleisalz oder an Bleiionen bald verarmen. -Nimmt aber die Konzentration dieser Ionen in der Nähe<span class="pagenum" id="Page130">[130]</span> -der Platte ab, so steigt die Spannung an der Kathode -und erreicht bald die für die Wasserstoffabscheidung -nötige Höhe. Um die unnütze und auch schädliche -Wasserstoffentwickelung zu verhüten, muß man dafür -sorgen, daß die Konzentration der Wasserstoffionen eine -möglichst kleine oder diejenige der Bleiionen eine möglichst -große ist. Da neutrale Salze bei der elektrolytischen -Dissoziation keine Wasserstoffionen liefern, so -sind neutrale Lösungen für die Formation der negativen -Platten vorzuziehen; besonders eignen sich Magnesium- -und Aluminiumsulfat (von <span class="gesp">Fitz-Gerald</span> zuerst ausgeführt, -von P. <span class="gesp">Schoop</span> wieder aufgenommen). Hierbei -bildet sich an der negativen Platte gallertartiges Magnesium- -bezw. Aluminiumhydroxyd, das aber durch Säure, -die bei der Formation (aus der Paste) frei wird, neutralisiert -wird. Eine Verarmung des Elektrolyten an -Bleiionen — das zweite Mittel, die Wasserstoffentwickelung -zurückzudrängen — kann man dadurch erreichen, -daß man die Löslichkeit des Bleisulfates steigert, -z. B. durch Erwärmung des <span class="nowrap">Elektrolyten<a -id="FNanchor105"></a><a href="#Footnote105" class="fnanchor">[105]</a>,</span> oder eine Substanz -zusetzt (z. B. Natriumacetat), die mit Blei ein lösliches -Salz bildet (Bleiacetat). Von dieser Methode hat -man in der Praxis keine Anwendung gemacht, da selbst -sehr geringe zurückbleibende Mengen des Zusatzes dem -Akkumulator sehr schädlich sind.</p> - -<p>Erfolgt die Formation in verdünnter Schwefelsäure -zwischen zwei mit einander verbundenen Bleiblechen -(Anoden), so dauert sie mehrere Tage.</p> - -<p>β) Positive Platten. Die Füllmasse besteht aus -Bleisulfat, Bleisuperoxyd (s. <a href="#Page123">S. 123</a>) und Bleiglätte bezw. -Mennige. Die Abscheidung der Bleisuperoxydionen,<span class="pagenum" id="Page131">[131]</span> -deren Existenz wir annehmen wollen (s. <a href="#Page55">S. 55</a>), muß -durch Steigerung der Konzentration dieser Ionen gefördert -werden (die Sauerstoffentwickelung also verringert -werden). Nun ist die Konzentration dieser Ionen -umgekehrt proportional der vierten Potenz der Wasserstoffionen; -mithin muß letztere Konzentration auf einer -möglichst geringen Höhe gehalten werden. In neutraler -Lösung erfolgt also die Formation schneller als in -<span class="nowrap">saurer<a id="FNanchor106"></a><a href="#Footnote106" -class="fnanchor">[106]</a>.</span> Man verwendet Aluminium- und Magnesiumsulfat. -Während der Formation bildet sich Schwefelsäure, -durch deren Dissoziation Wasserstoffionen entstehen; -die Säure muß neutralisiert werden; man erreicht -dies durch aufgeschwemmtes Magnesium- oder Aluminiumhydroxyd.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote98"><a href="#FNanchor98"><span class="label">[98]</span></a> -Über die verschiedenen Patentansprüche und die historische -Entwickelung des Akkumulators siehe <span class="gesp">Hoppe</span>, Akkumulatoren für -Elektrizität, 5. Auflage, ferner P. <span class="gesp">Schoop</span>, Die Sekundär-Elemente.</p> - -<p id="Footnote99"><a href="#FNanchor99"><span class="label">[99]</span></a> -Bei Großoberflächenplatten ist das mit dem Bleikern verwachsene -Bleisuperoxyd, bei Gitterplatten die ganze eingetragene -Masse gemeint.</p> - -<p id="Footnote100"><a href="#FNanchor100"><span class="label">[100]</span></a> -In Wirklichkeit ist er etwas größer, da ein Teil des Stromes -in die Säure innerhalb der Rippen eindringt.</p> - -<p id="Footnote101"><a href="#FNanchor101"><span class="label">[101]</span></a> -Näheres über die Fabrikation findet man in: F. <span class="gesp">Grünwald</span>, -Die Herstellung der Akkumulatoren, 3. Aufl., 1903. W. Knapp.</p> - -<p id="Footnote102"><a href="#FNanchor102"><span class="label">[102]</span></a> -M. U. <span class="gesp">Schoop</span> berechnet in der früher erwähnten Schrift -die Porosität einer formierten, gut geladenen Bleisuperoxydplatte -(Gitterplatte) zu angenähert 43%, d. h. beträgt der für die Füllmasse -zur Verfügung stehende Raum 100 cm<sup>3</sup>, so sind 43 cm<sup>3</sup> mit Säure -angefüllt. Für die Bleischwammplatte ergab sich eine noch größere -Porosität.</p> - -<p id="Footnote103"><a href="#FNanchor103"><span class="label">[103]</span></a> Näheres siehe E. T. Z. 1907, S. 539.</p> - -<p id="Footnote104"><a href="#FNanchor104"><span class="label">[104]</span></a> -Für Chlor gilt ähnliches wie für Salpetersäure (s. <a href="#Page128">S. 128</a>).</p> - -<p id="Footnote105"><a href="#FNanchor105"><span class="label">[105]</span></a> -Nicht zu empfehlen, da bei Erwärmung die wirksame Masse -zu locker wird.</p> - -<p id="Footnote106"><a href="#FNanchor106"><span class="label">[106]</span></a> -Eine saure Lösung ist eine solche, in der sich Wasserstoffionen -befinden; je größer die Konzentration der H<sup class="plus">·</sup>, um so größer -ist die Acidität.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page132">[132]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Siebentes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Aufstellung der Batterie, Einbau der Platten, -Vorschriften über die Behandlung, Lebensdauer.</span></h2> - -<p><span class="gesp">Aufstellung.</span> Der <span class="gesp">Raum</span>, in dem die Akkumulatorenbatterie -untergebracht wird, soll kühl, trocken -und vor allem gut ventilierbar sein, damit die Säure -nicht zu stark verdunstet, die Außenwände der Zellen -trocken gehalten werden können (Isolation) und die bei -der Ladung sich bildenden Gase schnell entweichen. -Während der Ladung dürfen brennende oder glühende -Körper in dem Akkumulatorenraume nicht geduldet -werden, da die Möglichkeit nicht ausgeschlossen ist, -daß sich bei schlechter Ventilation eventuell vorhandenes -Knallgas entzündet. Zur Beleuchtung dürfen nur elektrische -Lampen verwendet werden, die im luftleeren -Raume brennen.</p> - -<p>Der Fußboden soll fest und solide sein, natürlich -muß er auch säurefest sein. Allen Anforderungen dürfte -ein Asphaltboden auf Untergrund aus Zementbeton -<span class="nowrap">genügen<a id="FNanchor107"></a><a href="#Footnote107" class="fnanchor">[107]</a>.</span></p> - -<p>Die Elemente müssen so aufgestellt werden, daß -man zu jeder Zelle freien Zutritt hat zwecks einer Besichtigung,<span class="pagenum" id="Page133">[133]</span> -Messung der Säuredichte oder sonstiger -vorzunehmender Arbeiten, z. B. Auswechselung defekt -gewordener Platten. Daher sollten bei kleineren Zellen -nicht mehr als zwei Reihen neben- und übereinander -auf demselben Gestelle stehen; größere Zellen müssen -auf dem Boden nebeneinander aufgestellt werden. Nach -den Vorschriften des Verbandes Deutscher Elektrotechniker -müssen die Zellen von Batterien für hohe -Spannungen so angeordnet sein, daß bei der Bedienung -eine zufällige gleichzeitige Berührung von 2 Punkten, -zwischen denen eine Potentialdifferenz von mehr als -250 Volt herrscht, nicht stattfinden kann. Bei Batterien -in Anlagen mit mehr als 250 Volt Gebrauchsspannung -zwischen 2 Leitern oder mehr als 2 × 250 Volt in Dreileiteranlagen -sind nach den Vorschriften des V. D. E. -Lattenlaufböden erforderlich. (Isolation gegen Erde.)</p> - -<p>Die <span class="gesp">Gestelle</span> werden aus sorgfältig geteerten -oder mit Paraffinöl durchtränkten Balken hergestellt. -Der Gebrauch von Nägeln, Schrauben, Bandagen aus -Eisen ist zu verwerfen, da diese durch die Säure angegriffen -werden; die Verbindung der einzelnen Teile -des Gestelles muß daher durch Holzpflöcke geschehen.</p> - -<p>Große Sorgfalt ist auf die <span class="gesp">Isolation</span> zu verwenden, -da die Außenseiten der Elemente auch bei -guter Bedienung nicht ganz trocken bleiben. Die einzelnen -Zellen sind gegeneinander und gegen das Gestell -und dieses gegen die Erde durch nichthygroskopische -Unterlagen zu isolieren. Bei größerer Batteriespannung -kann man Ölisolatoren verwenden, deren oberer Teil -größer ist als der untere, so daß etwa herabfließende -Säure über den oberen (überhängenden) Teil hinwegtropft, -der untere Teil des Isolators also trocken bleibt.</p> - -<p>Die im Akkumulatorenraume verlegten Drähte -müssen mit säurefester Farbe angestrichen werden. —</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page134">[134]</span></p> - -<p>Als <span class="gesp">Zellen</span> benutzt man Gefäße aus Glas, Zelluloid, -Hartgummi und Holz. Glas isoliert gut, ist billig -und ermöglicht eine genaue Besichtigung des Inneren -des Elementes. Für transportable Akkumulatoren verwendet -man Hartgummi oder Zelluloid und versieht -die Zellen mit einem Deckel; noch vorhandene Fugen -werden mit einem säurefesten und elastischen Kitt -verstrichen. Zelluloid soll bei Akkumulatorenbatterien -für mehr als 16 Volt Spannung als Material für Gefäße -nicht verwendet werden.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Zelluloid ist zwar leicht entzündbar, da aber die Wände von -innen durch die Säure gekühlt werden, so wird es nicht leicht vorkommen, -daß das Zelluloid bis zur Entzündungstemperatur erhitzt -wird. Es hat die Vorzüge, daß es gegen Stöße unempfindlich ist, -leicht verarbeitet werden kann und durchsichtig ist; ferner können -Gefäße aus diesem Stoffe repariert -werden.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Für große Elemente -benutzt man Holzkasten, -die mit Bleiblech im Innern -verkleidet werden. -Natürlich dürfen die Platten -diese Verkleidung -nicht berühren.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig21"> -<p class="caption">Fig. 21.</p> -<img src="images/illo21.jpg" alt="Aufgehngte Platten" width="400" height="526" /> -</div> - -<p><span class="gesp">Einbau</span>. Die Platten -werden bei stationären -Elementen meistens mittels -zweier Fahnen oder -Nasen auf dem oberen -Rande des Gefäßes aufgehängt -(s. <a href="#Fig21">Fig. 21</a>), damit -sie sich frei ausdehnen -können. Die Oberflächen der einzelnen Platten müssen -genau parallel laufen, und der Abstand zwischen zwei -benachbarten Platten soll in der ganzen Zelle derselbe<span class="pagenum" id="Page135">[135]</span> -sein. Hängt nämlich eine Platte schief, so werden die -Stellen, die den kleinsten Abstand haben, am stärksten -beansprucht, so daß Krümmungen eintreten können; diese -können wiederum Abbröckeln der aktiven Masse und -Kurzschluß herbeiführen. Hat ferner eine positive Platte -von den beiden benachbarten Elektroden ungleichen -Abstand, so werden ihre beiden Seiten nicht gleichmäßig -ausgenutzt, ebenso nicht die der betreffenden positiven -Platte zugewendeten Seiten der negativen Elektroden. -Parallelität und gleiche Abstände erreicht man am einfachsten -dadurch, daß man zwischen je zwei Platten -eine genügende Anzahl von Glasstäben schiebt, die alle -denselben Durchmesser haben, und durch elastische Bleistreifen -oder Gummipuffer einen seitlichen Druck gegen -die Platten ausüben läßt (s. <a href="#Fig21">Fig. 21</a>).</p> - -<p>Zwischen der unteren Plattenkante und dem Boden -des Gefäßes muß sich ein größerer Zwischenraum befinden, -in dem sich herabfallende -aktive Masse -sammeln kann (Vermeidung -eines inneren Kurzschlusses).</p> - -<div class="figcenter" id="Fig22"> -<p class="caption">Fig. 22.</p> -<img src="images/illo22.png" alt="Anordnung der Platten" width="350" height="230" /> -</div> - -<p>In <a href="#Fig22">Fig. 22</a> ist schematisch -dargestellt (für 2 -Elemente), wie die Platten -angeordnet und mit einander -verbunden werden. Warum die erste und letzte -Platte einer jeden Zelle negativ sind, wurde früher dargelegt -(s. <a href="#Page62">S. 62</a>). Man sieht, daß die positiven Fahnen der -ersten Zelle mit den negativen Fahnen der zweiten durch -eine Bleileiste verbunden sind. — Bei kleinen Elementen, -die nur aus einer positiven und zwei negativen Platten -bestehen, verbindet man die beiden letzteren wohl auch -durch einen Steg.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page136">[136]</span></p> - -<p>Der Abstand der Platten richtet sich nach deren -Größe; einerseits darf er nicht zu groß sein, damit der -innere Widerstand der Zelle nicht unnötig groß wird, -anderseits darf er nicht so klein sein, daß eine Besichtigung -der Platten erschwert oder unmöglich wird; auch -kann sich bei geringen -Abständen leicht Kurzschluß -bilden. Bei kleinen -Platten (bis etwa 3 qdm -einseitiger Oberfläche) beträgt -der Abstand in der -Regel 8 bis 10 mm, bei -mittelgroßen (bis 6 qdm) -10 bis 12 mm und bei -großen 12 bis 15 mm. -Bei kleinen transportablen -Akkumulatoren sollte der -Abstand der Platten reichlich -groß gewählt werden, -damit Kurzschluß durch -herausfallende Masse möglichst -vermieden und eine -genaue Besichtigung des -Innern der Zelle leicht -ausführbar ist.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig23"> -<p class="caption">Fig. 23.</p> -<img src="images/illo23.jpg" alt="Hartgummiplatte" width="308" height="550" /> -</div> - -<p>Seit einigen Jahren -ist man dazu übergegangen -zwischen die einzelnen Platten <span class="gesp">Holzbrettchen</span> -oder dergl. zu schieben. Wir haben bereits gesehen, daß -man der aktiven Masse der negativen Platten indifferente -Substanzen zusetzt, um die Verbleiung zu verhindern. -Die aktive Masse quillt dann leicht aus dem -Gitter, sie kann herausfallen und Kurzschluß bewirken. -Um diesem Übelstande zu steuern, bedeckt die Firma<span class="pagenum" id="Page137">[137]</span> -<span class="gesp">Gottfried Hagen</span> in Cöln-Kalk die negative Elektrode -mit einer gelochten Hartgummiplatte, die durch die -Glasröhren gegen das Gitter gepreßt wird. Die Perforierung -ist eine so feine, daß jedes Durchtreten von -Partikeln, die sich loslösen, durch die Öffnungen ausgeschlossen -ist und die Säure dennoch leicht zirkulieren -kann. Werden Holzkasten für die Zellen verwendet, -bei denen Glasröhren keinen Zweck haben, da man ohnehin -nicht das Zelleninnere besichtigen kann, so werden -Hartgummiplatten verwendet, die auf der einen Seite -mit Rippen versehen sind (s. <a href="#Fig23">Fig. 23</a>); diese vertreten -die Stelle der Glasröhren.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig24"> -<p class="caption">Fig. 24.</p> -<img src="images/illo24.jpg" alt="Holzbrett" width="225" height="307" /> -</div> - -<p>Nach den Montagevorschriften der <span class="gesp">Akkumulatoren-Fabrik -Aktien-Gesellschaft</span> werden -zwischen die einzelnen Platten -Holzbrettchen geschoben, die etwas -größer sind als die Platten. Die -Brettchen werden in die Schlitze -von Holzstäben geschoben (siehe -<a href="#Fig24">Fig. 24</a>). Diese sind etwas dünner -als die Plattenzwischenräume und -sitzen anfangs etwas lose. Da -die Stäbe in der Säure quellen, so -sitzen sie bald fest. Auf diese -Weise wird erreicht, daß zwischen -Platten und Brettchen ein enger -Zwischenraum ist und die aktive Masse mit einer -genügend großen Menge von Säure in Berührung -ist. Die Brettchen erfahren eine besondere Vorbehandlung -in der Fabrik, und es sollen (infolgedessen?) -aus dem Holz Stoffe in Lösung treten, die ein Sulfatieren -der Platten fast unmöglich machen, so daß die Kapazität -lange bleibt. Die Wirksamkeit der Brettchen soll, da -die betreffenden Stoffe sich nur langsam ausscheiden,<span class="pagenum" id="Page138">[138]</span> -für lange Jahre vorhalten. Außerdem dienen die -Brettchen auch als Mittel zur Verhinderung von Kurzschluß.</p> - -<p>Es empfiehlt sich, die Zellen mit Glasplatten zu -bedecken, weil dann Säurepartikelchen, die beim „Kochen‟ -durch die Gase mitgerissen werden, zurückgehalten -werden und verhindert wird, daß von der Decke abbröckelnder -Kalk oder dgl. in die Säure fällt.</p> - -<p>Für die Elemente der <span class="gesp">Automobilbatterien</span> -werden Hartgummikasten verwendet. Die Platten werden -auch mit Zwischenlagen aus perforiertem Hartgummiblech -oder aus Holzbrettchen eingebaut. Die einzelnen -Elemente werden so miteinander verbunden, daß schadhafte -Zellen leicht ausgewechselt werden können; man -benutzt biegsame Verbindungen aus Bleistreifen oder -verbleiten Kupferstreifen, die beiderseits durch Schrauben -befestigt werden.</p> - -<p><span class="gesp">Säure</span>. An die <span class="gesp">Reinheit</span> der Schwefelsäure und -des zum Nachfüllen zu benutzenden Wassers sind, wie -sich aus früheren Betrachtungen (s. <a href="#Page107">S. 107</a> und <a href="#Page110">S. 110</a>) -ergeben dürfte, die <span class="gesp">höchsten Anforderungen zu -stellen</span>. Sie müssen vor allem frei sein von metallischen -Verunreinigungen. Fremde Metalle (s. <a href="#Ref21">Selbstentladung</a>) -bewirken das sogen. Nachgasen. Man prüft -die Säure auf die Anwesenheit schädlicher Metalle dadurch, -daß man mittels eines sauberen Holzspans ein -Stückchen Zink in eine Probe bringt, die sich in einem -Reagenzglas befindet. Sind schädliche Metalle in der -Säure, so bilden sich Lokalelemente, und es wird elektrolytisch -Wasserstoff abgeschieden, man sieht beständig -feine Gasbläschen emporsteigen. Der Versuch, der -etwa <sup>1</sup>⁄<sub>2</sub> Stunde dauern sollte, wird 3mal wiederholt; -bleibt <span class="gesp">einmal</span> die stetige Bläschenbildung aus, so ist -die Säure frei von schädlichen Metallen.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page139">[139]</span></p> - -<p>Der Elektrolyt muß ferner frei sein von Chlor, -Salpetersäure und salpetriger Säure, Arsenverbindungen -und Essigsäure. Auch ganz minimale Mengen dieser -Substanzen sind dem Akkumulator sehr schädlich; sie -wirken nämlich zerstörend auf den Bleikern, indem -sie Blei lösen. Die Bleiverbindung wird durch den -Strom zersetzt und die Verunreinigung wird wieder frei -usw. (s. <a href="#Ref20">Formation</a>).</p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="gesp">Untersuchung auf Salpetersäure</span>: Man löst etwas Brucin -in konzentrierter Schwefelsäure und setzt der Schwefelsäureprobe -einige Tropfen der Lösung zu. Bei Gegenwart auch der geringsten -Menge Salpetersäure erfolgt Rotfärbung.</p> - -<p>Stickstoffverbindungen können auch in der Weise nachgewiesen -werden, daß man in Wasser eine gleiche Menge konzentrierter Schwefelsäure -eintropfen läßt und der heißen Lösung etwas Indigolösung zusetzt. -Wird die Flüssigkeit entfärbt, so ist die Säure nicht brauchbar.</p> - -<p><span class="gesp">Die Untersuchung auf Chlor</span> ist mit besonderer Sorgfalt -auszuführen. 5 cm<sup>3</sup> (ca. 9 Gramm) Säure werden mit 50 cm<sup>3</sup> -destilliertem Wasser <span class="nowrap">gemischt<a id="FNanchor108"></a><a -href="#Footnote108" class="fnanchor">[108]</a>;</span> nach 5-6 Stunden setzt man etwas -Salpetersäure und 20prozentige Silbernitratlösung (Höllensteinlösung) -zu. Nach einstündigem Stehen darf die Flüssigkeit keine weiße -Färbung, höchstens ganz schwaches Opalisieren zeigen. (Es bildet -sich bei Gegenwart von Chlorverbindungen unlösliches, weißes Chlorsilber.)</p> - -<p><span class="gesp">Arsenverbindungen</span> werden durch eingeleiteten Schwefelwasserstoff -in braunes, unlösliches Schwefelarsen umgewandelt.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Zum Füllen der Elemente benutzt man verdünnte -Schwefelsäure vom spezifischen Gewichte 1,15 bis 1,17; -sind die Positiven Großoberflächenplatten, so kann die -Säure etwas stärker sein. Die Dichte der Säure wird -bei den ersten Ladungen etwas größer, da die Paste -noch weiter formiert wird und hierbei Schwefelsäure frei -wird. — Da bei der Vermischung von Schwefelsäure -und Wasser eine starke Wärmeentwickelung erfolgt und -explosionsartige Erscheinungen auftreten, wenn man<span class="pagenum" id="Page140">[140]</span> -Wasser in Schwefelsäure gießt, so muß man die -Schwefelsäure in dünnem Strahle unter Umrühren dem -Wasser zusetzen. Mittels des Aräometers konstatiert -man, ob die Mischung das gewünschte spezifische Gewicht -hat. Erst nach dem Erkalten darf die Säure in -die Akkumulatorengefäße gegossen werden. Muß man -einen Trichter benutzen, so verwende man einen solchen -aus Glas oder Porzellan.</p> - -<p>Da die Untersuchung der Schwefelsäure und die -Herstellung der Mischung umständlich ist, so empfiehlt -es sich, die Säure durch die Akkumulatorenfabrik oder -durch Handlungen zu beziehen, die von der Akkumulatorenfabrik -empfohlen werden.</p> - -<p>Die Säure soll die oberen Kanten der Platten -mindestens 1 cm überragen; vor allem darf es nicht -vorkommen, daß der obere Teil der Platten aus der -Säure herausragt. Im Laufe der Zeit ändert sich die -Menge und die Dichte der Säure, da Wasser verdampft, -kleine Säureteilchen von den bei der Ladung sich -bildenden Gasblasen mitgerissen werden und die -Kapazität der Platten zu- bezw. abnehmen kann; wächst -diese im Laufe der Zeit, so wird bei der Entladung -mehr Säure verbraucht und die Schwankungen der -Säuredichte werden größer. Meistens genügt es, durch -Zusatz von destilliertem <span class="nowrap">Wasser<a id="FNanchor109"></a><a -href="#Footnote109" class="fnanchor">[109]</a></span> die Säure auf die -richtige Höhe zu bringen; von Zeit zu Zeit jedoch muß -man die Säuredichte der einzelnen Zellen sowohl im -vollständig geladenen wie im vollständig entladenen -Zustande messen und eventuell Akkumulatorensäure -hinzufügen (nie konzentrierte Säure, da diese die Platten -angreift). Man setzt am besten die Säure vor Beginn<span class="pagenum" id="Page141">[141]</span> -der Ladung zu, indem die Gasblasen eine Vermischung -bewirken. Im entladenen Zustande beträgt -die Säuredichte meist 1,15, im geladenen Zustande kann -sie bis 1,20 betragen. Eine zu niedrige Säuredichte -schadet übrigens dem Akkumulator nicht, wohl aber -eine zu hohe (Begünstigung der Sulfatierung, Verringerung -der Lebensdauer). Säure, die beim Nachfüllen -verschüttet wird, ist sofort abzuwaschen, damit die -Isolatoren trocken bleiben.</p> - -<p>Die Säuredichte mißt man mittels eines <span class="gesp">Aräometers</span>, -dessen Körper so flach ist, daß man es in -den engen Zwischenraum zwischen den Platten einführen -kann. Sind die Zellen mit einem Deckel versehen, -so benutzt man ein <span class="gesp">Aräometer</span> mit <span class="gesp">Saugheber</span> -und Gummiball. Bei genauen Untersuchungen -ist zu beachten, daß die Säure in der Nähe des Gefäßbodens -etwas konzentrierter ist. Durch Einblasen von -Luft kann man eine Vermischung herbeiführen.</p> - -<p>In der folgenden Tabelle ist das spezifische Gewicht, -das Mischungsverhältnis und der Widerstand von -1 cm<sup>3</sup> verdünnter Schwefelsäure angegeben.</p> - -<table summary="Schwefelsure"> - -<tr class="bt2"> -<th colspan="2" class="center padl1 padr1 br">Spezifisches<br />Gewicht<br />bei 15°</th> -<th colspan="2" class="center padl1 padr1 br">Gewichts-<br />prozente<br />H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub></th> -<th colspan="2" class="center padl1 padr1 br">Grade<br />Baumé</th> -<th colspan="4" class="center padl1 padr1">Widerstand eines<br />Kubikcent.<br />(angenähert)</th> -</tr> - -<tr class="bt2"> -<td class="right padl1 padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">10</td> -<td class="right padr0">14,</td> -<td class="left padl0 br">35</td> -<td class="right padr0">13,</td> -<td class="left padl0 padr1 br">0</td> -<td class="right padl1 padr0">2,</td> -<td class="left padl0">2</td> -<td class="center padl1 padr1">Ohm</td> -<td rowspan="8" class="left bot">(Minimum)</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">12</td> -<td class="right padr0">17,</td> -<td class="left padl0 br">01</td> -<td class="right padr0">15,</td> -<td class="left padl0 br">4</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">8</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">14</td> -<td class="right padr0">19,</td> -<td class="left padl0 br">61</td> -<td class="right padr0">17,</td> -<td class="left padl0 br">7</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">6</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">16</td> -<td class="right padr0">22,</td> -<td class="left padl0 br">20</td> -<td class="right padr0">19,</td> -<td class="left padl0 br">8</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">5</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">18</td> -<td class="right padr0">24,</td> -<td class="left padl0 br">76</td> -<td class="right padr0">22,</td> -<td class="left padl0 br">0</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">45</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">20</td> -<td class="right padr0">27,</td> -<td class="left padl0 br">32</td> -<td class="right padr0">24,</td> -<td class="left padl0 br">0</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">4</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">22</td> -<td class="right padr0">29,</td> -<td class="left padl0 br">84</td> -<td class="right padr0">26,</td> -<td class="left padl0 br">0</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">38</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0 br">224</td> -<td class="right padr0">30,</td> -<td class="left padl0 br">50</td> -<td class="right padr0">26,</td> -<td class="left padl0 br">6</td> -<td class="right padr0">1,</td> -<td class="left padl0">36</td> -<td class="center">„</td> -</tr> - -</table> - -<p>Zuweilen verwendet man für die Füllung transportabler -Akkumulatoren <span class="gesp">gelatinöse Schwefelsäure</span>,<span class="pagenum" id="Page142">[142]</span> -die aus Schwefelsäure, Wasserglas und Asbest -hergestellt wird. Die <span class="gesp">Trockenfüllung</span> leidet an den -Nachteilen, daß der innere Widerstand des Elementes -stark erhöht und die Kapazität wesentlich verringert -wird. Die Füllung muß mit einer Schicht flüssiger Säure -von etwa 5 mm Dicke bedeckt sein, ev. ist destilliertes -Wasser oder stark verdünnte Säure zuzusetzen.</p> - -<p>Für Automobilbatterien verwendet man, da man die -Säuremenge, um das Gewicht zu verringern, möglichst -klein macht, Säure von etwas höherer Konzentration als -bei Zellen für stationäre Anlagen; im geladenen Zustande -darf die Säuredichte den Wert 1,25 erreichen.</p> - -<p>Muß eine Zelle <span class="gesp">geleert werden</span>, so zieht man -die Säure mittels eines Hebers ab; die Platten werden -in destilliertem Wasser aufbewahrt. Die betreffende -Zelle muß, nachdem sie neu montiert ist, stark überladen -werden. Zu dem Zwecke schaltet man sie während -der Ladung der Batterie mit den anderen Zellen in -Reihe, man verbindet sie also mit den beiden benachbarten -Zellen. Nach Beendigung der Ladung wird eine der -beiden Verbindungen beseitigt und der positive Pol des -einen Nachbars mit dem negativen Pole des anderen -verbunden (<span class="gesp">Überbrückung</span>). Unsere Zelle ist also -während der Entladung der Batterie ausgeschaltet. Bei -der folgenden Ladung wird sie wieder mitgeladen usw.</p> - -<p><span class="gesp">Die Vorschriften für die Ladung und -Entladung</span> weichen in einzelnen Punkten bei den -verschiedenen Firmen voneinander ab, was ja schon -durch den Umstand erklärt werden kann, daß die Fabrikate -verschieden sind. Die folgenden Vorschriften -dürften aber allgemein gültig sein.</p> - -<p>Die <span class="gesp">erste Ladung</span> (nach der Montage) soll, wenn -eben möglich, ohne Unterbrechung so lange fortgesetzt -werden, bis bei allen Zellen an beiden Elektroden reichlich<span class="pagenum" id="Page143">[143]</span> -Gas entwickelt wird. Ihre Dauer ist eine große -(24-48 Stunden), da die aktive Masse, besonders bei -den negativen Platten, an der Luft (während des Transportes, -der Montage) verändert wird, so daß eine nachträgliche -Formierung erfolgen muß. Am längsten dauert -natürlich die erste Ladung, wenn die negativen Platten -unformiert versandt wurden.</p> - -<p>Die späteren Ladungen sollen, wenn möglich sofort, -spätestens aber 24 Stunden nach Beendigung der Entladung -erfolgen (s. <a href="#Ref14">Sulfatierung</a>). Falls die <span class="gesp">Batterie -stark erschöpft</span> ist, was bei Betriebsstörungen, -z. B. bei einer Reparatur der Dynamo, vorkommen kann, -so muß <span class="gesp">sofort</span> gründlich aufgeladen werden. Zu beachten -ist, daß man den positiven Pol der Batterie -mit dem positiven Pole der Stromquelle verbinden muß -(ev. Polreagenzpapier benutzen). Der maximale Ladestrom -(gewöhnlich gleich der maximalen Entladestromstärke) -darf nicht überschritten werden. Man lädt so -lange, bis bei sämtlichen Elementen der Batterie an -beiden Elektroden lebhafte Gasentwicklung erfolgt. -Der Wärter hat die Pflicht, bei jeder Ladung nachzusehen, -ob alle Zellen <span class="nowrap">gasen<a id="FNanchor110"></a><a href="#Footnote110" class="fnanchor">[110]</a>.</span></p> - -<p>Finden täglich mehrere Teilladungen statt, so darf -nur <span class="gesp">eine</span> bis zur vollen Gasentwicklung durchgeführt -werden, die anderen dagegen sind sofort abzubrechen, -wenn an einer Elektrode Gasentwicklung beginnt.</p> - -<p>Will man (im Laboratorium) große und kleine -Zellen gleichzeitig laden, so schaltet man zwei oder -mehrere der kleinen Zellen parallel, bildet aus diesen -gleichsam einen größeren Akkumulator, oder man wählt -den Strom so, daß er der kleinsten Type angepaßt ist.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page144">[144]</span></p> - -<p>Es ist darauf zu achten, daß die mit dem Zellenschalter -verbundenen Elemente nicht zu lange überladen -werden.</p> - -<p>Auch dann, wenn eine Batterie nicht oder nur -wenig benutzt wird (Laboratorium), muß von Zeit -zu Zeit, etwa alle 14 Tage, aufgeladen werden (siehe -<a href="#Ref21">Selbstentladung</a>). Automobilbatterien sollen nach jeder -Fahrt geladen werden.</p> - -<p>Die Ladestromstärke darf, wie wir bereits sahen, -eine gewisse Größe nicht überschreiten; sie ist, wenn -an beiden Platten Gasentwicklung erfolgt, auf etwa -die Hälfte des ursprünglichen Wertes herabzusetzen. -Hierfür kann man verschiedene Gründe angeben. Wird -die Gasentwicklung zu stürmisch, so werden viele -kleine Partikelchen der wirksamen Masse losgesprengt. -Ferner hat die Elektrodenspannung, wenn die Stromstärke -nicht vermindert wird, einen hohen Wert, -und es kann sich Überschwefelsäure bilden (s. <a href="#Page14">S. 14</a>). -Auch wird bei starker Gasentwicklung zu viel Säure -verspritzt.</p> - -<p>Bei Lichtanlagen arbeiten die Dynamo und Batterie -parallel. Die Ladung der Batterie muß, ehe der Parallelbetrieb -beginnt, beendet sein, ein <span class="gesp">Nachladen</span> bei ausgeschaltetem -Ladeschalter ist unter allen Umständen -<span class="gesp">zu vermeiden</span>, weil es zu einer Schädigung der -mittleren Schaltzellen führt.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Wir wollen uns dies an einem bestimmten Falle klar machen. -Es handle sich um eine Lichtanlage, bei der die Spannung in der -Zentrale 115 Volt beträgt. Es sind 115:1,8 = 64 Zellen erforderlich; -von diesen seien 12 mit dem Doppelzellenschalter Verbunden. Die -Ladung sei soweit fortgeschritten, daß die Spannung jeder Zelle -2,2 Volt beträgt. Dann werde zum Parallelbetrieb übergegangen. -Die Ladung kann nur durch den Entladeschalter geschehen (s. <a href="#Page173">S. 173</a>). -Es können dann nur 115:2,2 = 52 Zellen Strom bekommen, die 12 -letzten Zellen werden also nicht mit geladen. Muß die Batterie später<span class="pagenum" id="Page145">[145]</span> -Strom abgeben, so sind anfänglich 115:2 = 58 Zellen an der Stromlieferung -beteiligt. Die Zellen 53 bis 58 werden also überanstrengt, da -sie bei der Nachladung keinen Strom erhielten.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Akkumulatoren-Fabrik Akt.-Ges. schreibt für -ihre Batterien vor, daß unter normalen Verhältnissen -etwa alle 3 Monate eine <span class="gesp">Ladung mit Ruhepausen</span> -erfolgen soll (s. <a href="#Page114">S. 114</a>). Durch diese sucht man offenbar -einer beginnenden Sulfatation vorzubeugen. Die -Ladung geschieht in der Weise, daß die Maschine abgeschaltet -wird, sobald an beiden Elektroden die Gasentwicklung -beginnt; die Batterie ist vom Netze zu -trennen. In diesem Ruhezustande soll sie mindestens -1 Stunde stehen bleiben. Dann wird wieder geladen -bis zur Gasentwicklung, wieder abgeschaltet etc. -Ladungen und Ruhepausen sollen solange aufeinander -folgen, bis <span class="gesp">sofort</span> nach dem Einschalten der Maschine -Gasentwicklung beginnt. Bei den Nachladungen soll -die Stromstärke natürlich kleiner als die normale sein. -Dasselbe Verfahren soll angewandt werden, wenn die -Batterie zu stark beansprucht und wenn sie wiederholt -ungenügend geladen worden ist.</p> - -<p>Zellen, die voraussichtlich längere Zeit nicht benutzt -werden, sind gründlich aufzuladen (<a href="#Ref21">Selbstentladung</a>); -besonders schnell geht die Selbstentladung bei Großoberflächenplatten -vor sich.</p> - -<p>Der Wärter hat die Pflicht, alle <span class="gesp">Zellen bei</span> jeder -<span class="gesp">Ladung</span> zu beobachten; besondere Aufmerksamkeit -soll er den Schaltzellen zuwenden. Es kommt zuweilen -vor, daß eine <span class="gesp">Zelle</span> gegen die anderen -<span class="nowrap"><span class="gesp">zurückbleibt</span><a -id="FNanchor111"></a><a href="#Footnote111" class="fnanchor">[111]</a>;</span> -es erfolgt keine Gasentwicklung, wenn die -Nachbarn schon lange „kochen‟, die Säuredichte steigt<span class="pagenum" id="Page146">[146]</span> -nicht oder doch nur sehr langsam an. Eine solche -Zelle ist auf <span class="gesp">Kurzschluß</span> zu untersuchen. Ein solcher -kann verursacht werden dadurch, daß sich eine Platte -krümmt oder dadurch, daß ein Fremdkörper in die -Zelle hineinfällt oder daß aktive Masse aus dem Gitter -herausfällt. Er hat zur Folge, daß der Ladestrom sich -verzweigt und nur ein Bruchteil des Stromes durch die -Säure fließt, d. h. eine elektrochemische Wirkung ausübt. -Nach der Ladung entlädt sich die Zelle in sich -selbst; denn der den Kurzschluß bewirkende Körper -bildet eine leitende Verbindung zwischen den beiden -Polen. Bei einer solchen Zelle tritt bald Sulfatierung -ein, die mit einer Kapazitätsabnahme verbunden ist.</p> - -<p>Das Vorhandensein eines Kurzschlusses kann man -mittels eines kleinen Kompasses feststellen. Diesen -legt man nacheinander zwischen zwei benachbarte -Fahnen; kommt man an eine Platte, die Kurzschluß -hat, so wird die Nadel durch das magnetische Feld -des Stromes abgelenkt.</p> - -<p>Die <span class="gesp">Vorschriften für die Entladung</span> sind -größtenteils schon in den Betrachtungen des <a href="#Page80">Kapitels 4</a> -enthalten. Es sei daran erinnert, daß eine gewisse -Stromstärke nicht überschritten werden darf. Dies ist -besonders beim Experimentieren im Laboratorium etc. -zu beachten. Ist man im Zweifel, wie stark der Strom -bei einem Versuche wird, so muß man einen Rheostaten -und ein Ampermeter mit einschalten, wie es in <a href="#Fig25">Fig. 25</a> -angedeutet ist. In dieser soll <i>A</i> den Apparat darstellen, -dem Strom zugeführt wird, <i>Amp.</i> ein Ampermeter, <i>W</i> -einen veränderlichen Widerstand, <i>B</i> die Batterie, <i>Voltm.</i> -ein Voltmeter.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page147">[147]</span></p> - -<p>Die Frage, woran man erkennt, ob ein Akkumulator -entladen ist, hat große praktische Bedeutung -(man vergleiche die Bemerkungen auf <a href="#Page102">S. 102</a> und die -Darlegungen über die <a href="#Ref23">Erholung</a>). Weiß man nicht bestimmt, -ob man einer Zelle noch Strom entnehmen darf, -so verbindet man die Klemmen mit einem Voltmeter -und läßt das Element den der dreistündigen Entladung -entsprechenden Strom abgeben. Ist die Zelle erschöpft, -so sinkt die Klemmenspannung in kurzer Zeit auf -1,8 Volt. — Dauert ein Versuch längere Zeit, so sollte -stets ein Voltmeter mit den Klemmen des Elementes -bezw. der Batterie verbunden sein (Schaltung s. <a href="#Fig25">Fig. 25</a>).</p> - -<div class="figcenter" id="Fig25"> -<p class="caption">Fig. 25.</p> -<img src="images/illo25.png" alt="Schaltung" width="550" height="301" /> -</div> - -<div class="blquote"> - -<p>Um zu prüfen, wie groß noch ungefähr die Elektrizitätsmenge -ist, die man entnehmen darf, kann man das Aräometer benutzen. -Kennt man die Säuredichte der Zelle in geladenem und entladenem -Zustande, so kann man aus dem augenblicklichen spezifischen Gewichte -einen Schluß über den Energieinhalt ziehen. Weiß man z. B., -daß die Säuredichte des vollgeladenen Elementes 1,20 und diejenige -der entladenen Zelle 1,16 ist, und findet man, daß das spezifische -Gewicht den Wert 1,17 hat, so enthält der Akkumulator noch ungefähr -<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub> seiner Elektrizitätsmenge.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Elemente, die sehr selten oder nie ganz entladen -werden, gehen in ihrer Kapazität zurück. Soll dies -vermieden werden, so müssen die Zellen von Zeit zu -Zeit, etwa alle 4-5 Wochen einmal, mit möglichst<span class="pagenum" id="Page148">[148]</span> -der garantierten Kapazität beansprucht werden. Diese -Vorschrift ist besonders für solche von Wichtigkeit, -die Anlagen in Schulen etc. zu beaufsichtigen haben.</p> - -<p><span class="gesp">Sulfatieren</span>, <span class="gesp">Krümmen</span>. Bei Batterien macht -sich stärkere <span class="gesp">Sulfatierung</span> in einer oder mehreren -Zellen in der Weise bemerkbar, daß bei der gewöhnlichen -anfänglichen Ladespannung nur ein schwacher Strom -zustande kommt. Um die schadhafte Zelle herauszufinden, -mißt man die Spannung der Elemente einzeln -mittels eines Voltmeters für geringe Spannungen -(Taschenvoltmeter bis 3 Volt); in stromlosem Zustande -ist die Klemmenspannung der betreffenden Zelle sehr -klein. Bei der Ladung kann in der kranken Zelle Gasentwicklung -erfolgen, ohne daß ein chemischer Umsatz -an den Platten erfolgt.</p> - -<p>Bedeckt das kristallinische Bleisulfat noch nicht -die ganze Oberfläche, oder ist es nur in sehr dünner -zusammenhängender Schicht vorhanden, so gelingt es -meistens, die Zelle unter Anwendung einer höheren -Spannung (3-4 Volt) aufzuladen. (Im Laboratorium -benutzt man am besten die Thermosäule; bei größeren -Batterien kann man den Ladestrom den Schaltzellen -entnehmen.) Während der Ladung schalte man ab -und zu (etwa nach je 10 Minuten) eine Ruhepause -(5-10 Minuten) ein (<a href="#Page114">S. 114</a>). Nach der ersten Ladung -hat das Element noch nicht seine volle Kapazität. Man -behandelt daher die Zelle in der früher angegebenen -Weise.</p> - -<p>Die Sulfatierung ist in der Regel mit einem -<span class="gesp">Krümmen</span> der Platten verbunden. Findet man, daß -eine Platte die Neigung zum Werfen hat, so schiebt -man zwischen sie und die benachbarte Platte Glasstäbe, -so daß eine weitere Verringerung des Plattenabstandes -nicht erfolgen kann, oder man drückt die Platte durch<span class="pagenum" id="Page149">[149]</span> -breite flache Hölzer, deren Dicke gleich dem Plattenabstand -ist, gerade. Gelingt dies nicht, so ist die Platte -durch eine neue zu ersetzen. Die Kölner Akkumulatoren-Werke -schreiben vor, daß in Zellen, die dauernd zu -arbeiten haben, Platten aus der letzten Schaltzelle -kommen, also Platten, die gut durchgearbeitet sind, -während die neuen Platten in die Schaltzellen eingesetzt -werden.</p> - -<p>Damit man beginnende Krümmung oder andere -Fehler entdeckt, muß man von Zeit zu Zeit eine Revision -sämtlicher Zellen vornehmen. Man bedient sich hierbei, -besonders wenn es sich um große Zellen oder um -Elemente in Holzkästen handelt, einer <span class="gesp">Ableuchtlampe</span>, -d. h. einer elektrischen Lampe mit Schutzkorb, -Schutzglas, einer Schlauchleitung und einem Stöpsel für -<span class="nowrap">Wandkontakt<a id="FNanchor112"></a><a href="#Footnote112" class="fnanchor">[112]</a>.</span></p> - -<p><span class="gesp">Automobilzellen</span> sind von Zeit zu Zeit, unter -normalen Verhältnissen alle drei Monate, zu <span class="gesp">reinigen</span>. -Die Plattensätze werden zu dem Zwecke, nachdem die -Batterie entladen ist, zusammen mit dem Deckel vorsichtig -aus den Kasten herausgehoben, durch mehrmaliges -Heben und Senken in destilliertem Wasser -abgespült; die Kasten werden entleert und gereinigt, -dann werden die Plattensätze wieder eingeschoben und -Säure vom spez. Gew. 1,16-1,17 zugesetzt. Nach jeder -Reinigung muß eine gründliche Aufladung mit etwa -dem halben normalen Ladestrom erfolgen.</p> - -<p>Im Übrigen sei bemerkt, daß die Firmen genaue -Vorschriften über die Behandlung der von ihnen gelieferten -Batterien geben und daß sie gegen eine jährliche<span class="pagenum" id="Page150">[150]</span> -Prämie die Überwachung und Instandhaltung der -Batterien übernehmen (<span class="gesp">Akkumulatorenversicherung</span>).</p> - -<p id="Ref13"><span class="gesp">Die Lebensdauer</span> des <span class="gesp">Akkumulators</span> hängt -in hohem Maße von der Art der Behandlung ab. Über -diese können allgemein gültige Angaben kaum gemacht -werden. Dünne Platten, wie sie für Traktionszwecke -benutzt werden, die mit relativ hoher Stromdichte beansprucht -werden, müssen nach 100 bis 200 Entladungen -ausgewechselt werden. Planté-Platten haben eine andere -Widerstandsfähigkeit als Faure-Platten. Auch spielt die -Art der Formation eine wichtige Rolle; eine zu stark -beschleunigte Formierung scheint die Lebensdauer ungünstig -zu beeinflussen.</p> - -<p>Werden bei der Formation dem Elektrolyten -Chemikalien zugesetzt, die Blei chemisch angreifen, so -kann es leicht vorkommen, daß in den Platten geringe -Mengen dieser Substanzen zurückbleiben und in die -Akkumulatorensäure gelangen. Das Blei des Trägers -wird im Laufe der Zeit „angefressen‟, so daß die -mechanische Festigkeit immer kleiner wird.</p> - -<p>Die Lebensdauer der positiven Platten ist durch -die Zeit gegeben, bis zu welcher das Blei der Rippen -und des Kerns durch Umwandlung in Superoxyd aufgebraucht -wird (s. <a href="#Ref24">Lokalaktion</a>, <a href="#Page110">S. 110</a>); die mechanische -Festigkeit der Platten wird geringer und ihr Widerstand -größer. Daraus ergibt sich, daß die Menge des -festen Bleies in hohem Grade maßgebend ist für die -Lebensdauer der positiven Platten.</p> - -<p>Bei älteren negativen Platten geht der Bleischwamm -langsam in festes, dichtes Blei über, er schrumpft unter<span class="pagenum" id="Page151">[151]</span> -beträchtlicher Volumänderung zusammen; es bilden sich -Risse, und der Zusammenhang zwischen der Unterlage -und der aktiven Masse wird gelockert. Man nennt diese -Erscheinung <span class="gesp">Schrumpfen</span>, <span class="gesp">Sintern</span>, <span class="gesp">Verbleiung</span>. -Sie ist natürlich mit einer Kapazitätsabnahme verbunden, -da die Säure nicht mehr in das Innere eindringen -kann. Durch Zusatz gewisser indifferenter -Substanzen (z. B. Koks, Bimsstein) in fein verteiltem -Zustande zu dem Breie, den man in die Gitter schmiert, -soll das Sintern verhindert bezw. verlangsamt werden -(s. <a href="#Page136">S. 136</a>).</p> - -<p>Durch zu starke Beanspruchung der negativen -Platten wird das Schrumpfen beschleunigt. Daher dürfte -ein weiteres Mittel, dem Verbleien vorzubeugen, darin -bestehen, die Kapazität der Bleischwammplatten von -vornherein größer zu wählen als die der positiven -Elektroden.</p> - -<p>Vor allem muß sich jeder, der Akkumulatoren benutzen -will, mit den Vorgängen im Akkumulator und -mit seinen Eigentümlichkeiten genau bekannt machen -und sich von vornherein daran gewöhnen, mit der -nötigen Vorsicht zu Werke zu gehen.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote107"><a href="#FNanchor107"><span class="label">[107]</span></a> -Siehe Zentralblatt für Akkumulatorentechnik 1907, S. 30 oder -E. T. Z. 1907, S. 611.</p> - -<p id="Footnote108"><a href="#FNanchor108"><span class="label">[108]</span></a> -Das betr. Glas ist mit destilliertem Wasser gut auszuspülen.</p> - -<p id="Footnote109"><a href="#FNanchor109"><span class="label">[109]</span></a> Das destillierte Wasser ist auf Chlor zu untersuchen, -s. <a href="#Page139">S. 139</a>.</p> - -<p id="Footnote110"><a href="#FNanchor110"><span class="label">[110]</span></a> -Alle Zellen mit Ausnahme der Schaltzellen müssen zu gleicher -Zeit und gleichmäßig zur Gasentwicklung gelangen.</p> - -<p id="Footnote111"><a href="#FNanchor111"><span class="label">[111]</span></a> -Ist ein Doppelzellenschalter vorhanden, so können zurückgebliebene -Schaltzellen in der Weise nachgeladen werden, daß man -sie zwischen Lade- und Entladehebel nimmt. Durch diese Zellen -geht dann der ganze von der Dynamo abgegebene Strom, der natürlich -den maximalen Ladestrom nicht überschreiten darf. Bei anderen -Zellen wendet man die Überbrückungsmethode an (s. <a href="#Page142">S. 142</a>).</p> - -<p id="Footnote112"><a href="#FNanchor112"><span class="label">[112]</span></a> -Zum <span class="gesp">Reinigen der Akkumulatoren</span> kann man einen -Apparat benutzen, der zum Absaugen des Schlammes dient. Er besteht -aus einer Luftpumpe und Vakuumkessel, an dem ein Schlauch -mit passendem Bleimundstück angeschlossen ist Man zieht zuerst -die Säure ab, saugt dann den Schlamm ab und füllt wieder ein. -Das Herausnehmen der Platten ist also überflüssig.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page152">[152]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Achtes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Der alkalische Akkumulator.</span></h2> - -<p>An den Bleiakkumulatoren wird als ein Nachteil -getadelt, daß sie ein im Vergleich zu ihrer Leistung -großes Gewicht haben. Dieses ist in erster Linie bedingt -durch das hohe spezifische Gewicht und das große -elektrochemische Äquivalent des Bleies. Auch der -Umstand, daß Blei ein weiches Metall ist, wäre hier -zu erwähnen. Der Träger der aktiven Masse muß -nämlich aus Blei bestehen, die Platten müssen, damit -sie genügend fest sind, eine ziemlich große Dicke haben. -Endlich ist der Bleiakkumulator auch deshalb ein -schwerer Akkumulator, weil der Elektrolyt in verhältnismäßig -großer Menge vorhanden sein muß. Denn -die Säure ist an dem chemischen Umsatze beteiligt, so -daß man gezwungen ist, pro Amperstunde eine gewisse -Säuremenge zu verwenden. Wird die Säure knapp bemessen, -so sinkt ihre Dichte während der Entladung -stark; dies hat zur Folge, daß der innere Widerstand -größer und die elektromotorische Kraft kleiner wird. -Nimmt man wenig, aber ziemlich stark konzentrierte -Säure, so wird die Sulfatierung begünstigt und die -Lebensdauer verringert. Das Gewicht der Säure beträgt -bei stationären Akkumulatoren etwa 20% des Gesamtgewichtes. -Was das Gewicht der Platten anbelangt, so<span class="pagenum" id="Page153">[153]</span> -kann man durch Verringerung der Dicke das Verhältnis -zwischen Leistung und Gewicht wesentlich verbessern. -Eine derartige Steigerung der Leistung pro Kilogramm -Zellengewicht wird aber nur auf Kosten der Lebensdauer -erkauft. Nach E. <span class="nowrap"><span class="gesp">Sieg</span><a -id="FNanchor113"></a><a href="#Footnote113" class="fnanchor">[113]</a></span> haben Zellen der Kölner -Akkumulatorenwerke für Traktionszwecke (Automobile), -die ca. 30 Wattstunden pro Kilogramm geben, als mittlere -Lebensdauer nur ca. 100 Entladungen.</p> - -<p>Es gibt nun zwei Möglichkeiten, einen leichteren -Akkumulator zu konstruieren, nämlich erstens Metalle -zu verwenden, deren spezifisches Gewicht und elektrochemisches -Äquivalent kleiner ist als bei <span class="nowrap">Blei<a -id="FNanchor114"></a><a href="#Footnote114" class="fnanchor">[114]</a>,</span> -zweitens das Elektrodenmaterial und den Elektrolyten -so zu wählen, daß der Elektrolyt bei Stromzufuhr und -Stromentnahme seine Konzentration nicht ändert.</p> - -<p>Nach beiden Richtungen hin sind von zahlreichen -Erfindern schon seit mehr als 20 Jahren Versuche angestellt -worden.</p> - -<div class="blquote"> - -<p>Verdünnte Schwefelsäure hat folgende wertvolle Eigenschaften: -1. sie leitet den elektrischen Strom sehr gut (natürlich im Vergleich -zu anderen Elektrolyten), 2. sie verändert sich an der Luft nicht, -3. sie bleibt in dem Gefäße, in dem sie sich befindet, sie kriecht -nicht, wie es viele andere Lösungen tun, an den Wänden langsam -empor. Will man an der Verwendung der verdünnten Schwefelsäure -für einen Sammler festhalten, so hat man unter den Metallen keine -große Wahl, da sich die meisten bezw. ihre Oxyde in diesem Elektrolyten -lösen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Beachtung verdient hier vor allem das <span class="gesp">Kupferoxyd-Zink</span>-Element -(Lalande, Edison, Wedekind), -das als Vorläufer des Edison-Akkumulators bezeichnet -werden kann. Als Elektrolyt dient Natron- oder Kalilauge. -Das Kupferoxyd verliert während der Entladung<span class="pagenum" id="Page154">[154]</span> -seinen Sauerstoff, das Zink geht als Zinkhydroxyd in -Lösung. Das entstandene poröse und schwammige -Kupfer nimmt an der Luft, besonders wenn es erhitzt -wird, Sauerstoff auf.</p> - -<p>Wir wenden uns jetzt zu dem Hauptgegenstande -dieses Kapitels, nämlich zu dem <span class="gesp">Edison-Akkumulator</span>. -<span class="nowrap"><span class="gesp">Darrieus</span><a id="FNanchor115"></a><a -href="#Footnote115" class="fnanchor">[115]</a></span> beschäftigte sich vor etwa -18 Jahren schon mit der Herstellung eines Akkumulators, -bei dem an Stelle des schweren Bleies andere Metalle -und als Elektrolyt Kali- oder Natronlauge benutzt -werden sollten. Unter den Metallen, die er aufzählt, -befinden sich auch Eisen, Nickel, Kadmium. Im Jahre -1899 wurde dem Schweden <span class="gesp">Jungner</span> ein Patent erteilt, -das sich auf einen alkalischen Akkumulator mit Silber- -und Kupferelektroden bezieht. Die Versuche erstreckten -sich aber auch auf Eisen, Nickel und Kadmium. Es -sind etwas mehr als 8 Jahre her, als Dr. Kenelly die -Aufmerksamkeit der ganzen Welt auf eine neue Erfindung -Edisons lenkte, nämlich auf ein Element, das -nach den Nachrichten, die zu uns gelangten, berufen zu -sein schien, dem biederen Bleiakkumulator den Todesstoß -zu versetzen. Die ersten Zellen, die D-Zellen, -kamen i. J. 1903 nach Europa. Aber sie wurden schon -nach kurzer Zeit vom Markte zurückgezogen. Später -wurde die Fabrikation der H-Zellen in großem Maßstabe -aufgenommen, auch in Berlin (Deutsche Edison-Akkumulatoren-Company). -Diese wird im Folgenden ausführlich -besprochen werden.</p> - -<p>Edison hatte sich die Aufgabe gestellt, einen Akkumulator -herzustellen, der nicht nur pro Wattstunde ein -geringeres Gewicht als der Bleiakkumulator haben sollte, -sondern auch gegen schlechte Behandlung unempfindlich<span class="pagenum" id="Page155">[155]</span> -sein sollte. Inwiefern es Edison gelungen ist, dieses -Ziel zu erreichen, werden wir später sehen.</p> - -<p id="Ref26"><span class="gesp">Vorgänge in der Edison-Zelle.</span> Die wirksame -Masse der positiven Elektrode besteht aus Nickelhydroxyd, -Ni(OH)<sub>2</sub>, dem etwa 20% eines flockigen Graphits zugesetzt -werden. Der Graphitzusatz bewirkt nicht nur -eine Verbesserung der Leitfähigkeit der aktiven Masse, -sondern er verhindert auch ein Aufschwemmen der -Masse bei der Ladung; in erster Linie aber soll seine -Bedeutung darin liegen, daß er trotz der starken Pressung -der Masse (s. <a href="#Ref25">unten</a>) eine gewisse Porosität gewährleistet. -Als negatives Elektrodenmaterial wird Eisenhydroxyd -verwendet, dem ca. 10% Quecksilberoxyd beigemischt -werden. Letzteres dient dazu, die Leitfähigkeit der -Masse zu verbessern, und soll dazu beitragen, die Zelle -gegen starke Stromstöße unempfindlich zu machen. -Welche Vorgänge sich in der Zelle bei Stromdurchgang -abspielen, steht noch nicht mit Sicherheit fest. Nach -<span class="nowrap"><span class="gesp">Elbs</span><a id="FNanchor116"></a><a -href="#Footnote116" class="fnanchor">[116]</a></span> wird das Eisenhydroxyd durch Wasserstoff zu -Eisen reduziert, während Nickelhydroxyd durch OH -(hervorgegangen aus OH-Ionen) auf eine höhere -Oxydationsstufe gebracht wird. Die Vorgänge, die sich -bei der Ladung und Entladung abspielen, kann man -durch die Gleichung darstellen:</p> - -<p class="equation">Fe(OH)<sub>2</sub> + 2Ni(OH)<sub>2</sub> ⇄ Fe + 2Ni(OH)<sub>3</sub>.</p> - -<p>Der Effekt ist also ein solcher, als ob bei der Ladung -zwei OH von der negativen zur positiven Elektrode -wanderten, und umgekehrt bei der Entladung. Elbs -fand auch, daß die elektromotorische Kraft von der -Konzentration der Lauge abhängig ist. Nach der -obigen Reaktionsgleichung ist die Kalilauge (21%) an<span class="pagenum" id="Page156">[156]</span> -dem chemischen Umsatze nicht beteiligt. <span class="nowrap"><span -class="gesp">Förster</span><a id="FNanchor117"></a><a href="#Footnote117" class="fnanchor">[117]</a></span> -wies aber nach, daß die Kalilauge nach der Entladung -weniger Wasser enthält als am Ende der Ladung. Es -scheint demnach, als ob die vorige Gleichung die Vorgänge -nicht genau wiedergäbe. (Möglich wäre es allerdings, -daß Wasserstoff und Sauerstoff von dem Elektrodenmaterial -absorbiert werden.)</p> - -<p>J. <span class="gesp">Zedner</span> hat unter Leitung von Prof. -<span class="nowrap"><span class="gesp">Dolezalek</span><a id="FNanchor118"></a><a href="#Footnote118" class="fnanchor">[118]</a></span> -Untersuchungen über den <span class="gesp">Eisen-Nickel-Akkumulator</span> -angestellt. Er fand, daß die positive Elektrode -im geladenen Zustande Ni(OH)<sub>3</sub>, im entladenen -Zustande Ni(OH)<sub>2</sub>.2H<sub>2</sub>O enthält. Während der Entladung -wird also dem Elektrolyten Wasser entzogen. -Dem entsprechend müßte die elektromot. Kraft von der -Konzentration der Lauge abhängig sein, was auch in -der Tat der Fall ist. Die Entladung erfolgt in zwei -Stufen; zuerst wird das Nickelhydroxyd in Hydroxydul -umgewandelt; die zweite Stufe beruht auf der Verbindung -des Sauerstoffs mit Wasserstoff, der während -des Ladens von der wirksamen Masse und zwar zumeist -von dem ihr beigemischten Graphit eingeschlossen -wurde.</p> - -<p><span class="nowrap"><span class="gesp">Roloff</span><a id="FNanchor119"></a><a -href="#Footnote119" class="fnanchor">[119]</a></span> ist der Ansicht, daß außer der von Elbs -angegebenen Reaktion noch eine andere stattfindet, wie -der stufenweise erfolgende Abfall des Potentials der -Eisenelektrode beweise. Das Ni(OH)<sub>2</sub>, das auf den -entladenen Platten ist, hat keine grüne Farbe. Er -fand, daß Ni(OH)<sub>2</sub> schwarz wird, wenn es Wasser -addiert, z. B. ist das Hydrat Ni(OH)<sub>2</sub>.2H<sub>2</sub>O schwarz.</p> - -<p>Nach der Reaktionsgleichung kommen auf 1 Atom<span class="pagenum" id="Page157">[157]</span> -Eisen, das oxydiert wird, 2 Atome Nickel, die an dem Umsatze -beteiligt sind; dem entsprechend ist bei Edison -die Zahl der Nickelektroden eine doppelt so große wie -diejenige der Eisenelektroden.</p> - -<p>Da die Kalilauge an dem Umsatze nicht beteiligt -ist, so kann der Abstand zwischen den Elektroden sehr -klein gemacht werden. Dies ist auch aus dem Grunde -von Wert, weil die Anzahl der Platten, um eine bestimmte -Kapazität zu erreichen, eine große sein muß. -Die Nickel- und Eisenmasse nämlich leiten den Strom -sehr schlecht, wahrscheinlich ist auch ihre Porosität -wegen des hohen Druckes, dem sie bei der Fabrikation -ausgesetzt werden, eine sehr geringe; der chemische Umsatz -ist aber, obschon der Elektrolyt nicht an ihm beteiligt -ist, nur dort möglich, wo die aktive Masse mit der -Lauge in Berührung ist. Die Umwandlungen erfolgen -daher nur in einer außerordentlich dünnen Oberflächenschicht. -Man muß also eine verhältnismäßig große -Anzahl von Platten benutzen, um eine gewünschte -Kapazität zu erhalten. Die Ersparnis an Elektrolyt, -die man durch das nahe Zusammenrücken der Platten -erzielt, wird, wie man leicht einsieht, dadurch wieder -z. T. illusorisch, daß man die Anzahl der Platten -vergrößern muß.</p> - -<p><span class="gesp">Konstruktion der Edison-Zelle.</span> Die positive -aktive Masse gewinnt Edison dadurch, daß er aus -einer Nickelnitratlösung durch Magnesiumhydroxyd das -grüne Nickelhydroxydul, Ni(OH)<sub>2</sub> fällt; dieses wird -durch Chlor zu Nickelhydroxyd Ni<sub>2</sub>(OH)<sub>6</sub> oxydiert. Die -negative Masse wird aus Eisenoxyd hergestellt, über -dieses wird bei etwa 250° lange Zeit trockener Wasserstoff -geleitet, das Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> wird in Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> umgewandelt.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig26"> -<p class="caption">Fig. 26.</p> -<img src="images/illo26.jpg" alt="Gitter aus vernickeltem Stahlblech" width="400" height="341" /> -</div> - -<p id="Ref25">Die Konstruktion der positiven und negativen Elektroden -stimmt, wenigstens bei der H-Type, überein.<span class="pagenum" id="Page158">[158]</span> -Das aktive Material, dem Graphit bezw. Quecksilberoxyd -(s. <a href="#Ref26">oben</a>) zugesetzt wird, wird von kleinen Taschen -(77 mm × 13 mm) aufgenommen, die aus dünnem, vernickeltem -Eisenblech hergestellt <span class="nowrap">werden<a id="FNanchor120"></a><a -href="#Footnote120" class="fnanchor">[120]</a>.</span> Dieses ist -perforiert, damit der Elektrolyt Zutritt hat; auf 1 cm<sup>2</sup> -kommen fast 300 Löcher. Eine größere Anzahl dieser -Taschen wird in ein Gitter aus vernickeltem Stahlblech -eingesetzt (s. <a href="#Fig26">Fig. 26</a>). Die Platte wird dann sehr -stark gepreßt, so daß -die Taschen fest und -mit gutem Kontakte in -dem Rahmen sitzen. In -einer zweiten Presse -werden die Taschenwände -in der Querrichtung -gewellt. Die -Platten haben oben einen -mit einer runden Öffnung -versehenen Ansatz. -Durch diese wird beim Einbau ein Eisenbolzen -geschoben; zwischen je 2 Platten wird eine Eisenscheibe -gelegt, um den richtigen Abstand zu erhalten -und zu sichern. Platten und Scheiben werden durch -Schrauben an den Enden der Bolzen gegeneinander -gedrückt. Der Bolzen trägt einen vertikalen Eisenstab, -den Polbolzen (s. <a href="#Fig27">Fig. 27</a>). Wie schon bemerkt, enthält -die Zelle doppelt so viele Nickelelektroden wie Eisenelektroden, -die Reihenfolge ist also: Nickel, Eisen, -Nickel; Nickel, Eisen, Nickel usw. Zur Isolierung der -Platten verschiedenen Potentials gegeneinander dienen -Hartgummistäbe.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page159">[159]</span></p> - -<div class="figcenter" id="Fig27"> -<p class="caption">Fig. 27.</p> -<img src="images/illo27.jpg" alt="Kanne mit Polbolzen" width="200" height="351" /> -</div> - -<p>Der Plattensatz kommt in eine vierkantige Kanne -aus vernickeltem Eisenblech, das, um seine Festigkeit -zu erhöhen, gewellt ist (s. <a href="#Fig27">Fig. 27</a>); er ist -gegen den Boden der Kanne durch Hartgummiprismen -isoliert und gegen die -Seitenwände durch dünne Hartgummiformstücke. -Die Zelle wird durch einen -Deckel verschlossen, durch den die beiden -Polbolzen hindurchgehen, die durch übergeschobene -Hartgummibüchsen und Weichgummiringe -gegen den Deckel isoliert sind. -Der Deckel ist mit einer Füllöffnung und -einem Ventil versehen, durch das die bei der Ladung -in großer Menge sich bildenden Gase entweichen; es ist -so eingerichtet, daß die mitgerissenen -Teilchen des Elektrolyten -zurückgehalten werden.</p> - -<p>Der Elektrolyt soll stets ca. -12 mm über Oberkante der Platten -stehen. Den richtigen Stand der -Kalilauge konstatiert man mit -Hilfe eines Glasrohres mit kleiner -Ausflußöffnung, das man wie eine -Pipette benutzt. Sinkt der Stand -der Flüssigkeit unter das vorgeschriebene -Maß, so ist destilliertes -Wasser nachzufüllen.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig28"> -<p class="caption">Fig. 28.</p> -<img src="images/illo28.jpg" alt="Nickelelektrode" width="200" height="408" /> -</div> - -<p>Vor einiger Zeit hat Edison -die Nickelelektrode wieder anders -gestaltet. Die Taschen haben eine -runde Form erhalten (s. <a href="#Fig28">Fig. 28</a>). -Sie sind aus spiralig gewundenem, -fein gelochtem Stahlband gefertigt und werden mit Hilfe -von Stahlringen außerordentlich verstärkt. Das Nickelhydroxyd<span class="pagenum" id="Page160">[160]</span> -wird nicht mehr mit Graphit sondern mit -Nickelflocken vermischt, auch soll etwas Wismutoxyd -beigemengt werden. Der Kaliumlösung wird eine geringe -Menge von Lithium zugesetzt. Die Gasentwickelung -soll bei der neuen Type (Type A) <span class="nowrap">geringer<a -id="FNanchor121"></a><a href="#Footnote121" class="fnanchor">[121]</a></span> und die -Leistung bei gleichem Gewichte etwa 25% <span class="nowrap">höher<a -id="FNanchor122"></a><a href="#Footnote122" class="fnanchor">[122]</a></span> -sein als bei der H-Type.</p> - -<p>Die <span class="gesp">Edison-Zelle im Betriebe</span>. Die elektromotorische -Kraft der geladenen Zelle beträgt etwa -1,5 Volt. Wird sie mit der normalen Stromdichte, d. h. -derjenigen, die der 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub>-stündigen <span class="gesp">Entladung</span> entspricht, -beansprucht, so beträgt, wie man aus der <a href="#Fig29">Fig. 29</a> -ersieht, die anfängliche Klemmenspannung etwas weniger -als 1,4 Volt, gegen Ende der Entladung etwa 1,15 Volt. -Im Mittel beläuft sich die Nutzspannung auf 1,23 Volt. -Sie ist noch geringer, wenn mit stärkerem Strome entladen -wird.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig29"> -<p class="caption">Fig. 29.</p> -<img src="images/illo29.png" alt="Klemmenspannung" width="600" height="400" /> -</div> - -<p><span class="pagenum" id="Page161">[161]</span></p> - -<p>Die Stromstärke bei der normalen <span class="gesp">Ladung</span>, die -auch rund 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub> Stunde dauert, ist größer als die Entladestromstärke; -z. B. wird die Type H<sub>27</sub> mit 45 Amp. -entladen und mit 65 Amp. geladen. Wie die Klemmenspannung -verläuft, ist aus der <a href="#Fig29">Fig. 29</a> zu ersehen. Nach -etwa 3<sup>1</sup>⁄<sub>3</sub> Stunden hat also die Spannung den Wert -1,8 Volt; man soll dann noch 30-40 Minuten weiter laden. -Da die Zelle schon kurz nach Beginn der Ladung gast -(daher der niedrige Wirkungsgrad) und die Konzentration -des Elektrolyten nur sehr wenig schwankt, so ist -es, wenn man ein Voltmeter nicht benutzt, nicht möglich, -anzugeben, wann das Ende der Ladung nahe ist. -Am besten lädt man dann mit vorgeschriebener Stromstärke -und hört nach 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub> Stunden auf; allerdings vergeudet -man, wenn die Batterie nicht erschöpft war, -unter Umständen viel Energie. —</p> - -<p>Vor Beginn der Ladung soll man sich von dem -Stande des Elektrolyten überzeugen und ev. nachfüllen. -Ein Zusatz von Wasser ist nach jeder zweiten oder -dritten Ladung nötig. Die Konzentration der Lauge -nimmt langsam ab, da durch die Gase trotz des Ventils -kleine Partikelchen des Elektrolyten mitgerissen -werden; nach ca. 300 Entladungen soll der Elektrolyt -erneuert werden. Die mitgerissenen Laugeteilchen -sammeln sich auf dem Deckel und „bilden im Laufe der -Zeit einen weißlichen, kristallinischen Niederschlag, -der durch gelegentliches Reinigen mit einem Tuch oder -Pinsel entfernt wird‟ (<span class="gesp">Kammerhoff</span> l. c. S. 43).</p> - -<p><span class="gesp">Wirkungsgrad</span> und <span class="gesp">Nutzeffekt</span>, die wie beim -Bleiakkumulator von der Stromstärke und der zwischen -Ladung und Entladung liegenden Zeit abhängig sind, -haben ziemlich niedrige Werte; sie werden bei 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub>stdg. -Ladung und Entladung zu 72% und 52% angegeben. -Die <span class="gesp">Kapazität</span> ist viel weniger von der Entladezeit<span class="pagenum" id="Page162">[162]</span> -abhängig als beim Bleiakkumulator. Sie nimmt übrigens -im Laufe der Zeit ab; diese Abnahme ist abhängig von -der Beanspruchung; nach etwa 600 Entladungen mit -stark schwankendem Stromverbrauch, wie er beim -Elektromobilbetrieb vorkommt, ist die Kapazität um -etwa 15% gesunken.</p> - -<p><span class="gesp">Vergleich zwischen Blei- und Edison-Akkumulator.</span> -Die Endspannung bei dem Edison-Akkumulator -sei 1,15 Volt, beim Bleiakkumulator -ist sie 1,8 Volt. Für eine 110 Volt-Anlage sind -also 110:1,15 = 96 Eisen-Nickel-Zellen, dagegen nur -110:1,8 = 61 Bleiakkumulatoren erforderlich. Weiterhin -folgt, daß die Anzahl der mit dem Zellenschalter zu -verbindenden Elemente bei Verwendung von Edison-Zellen -bedeutend größer ist als bei Benutzung von Bleiakkumulatoren. -Was die Überwachnung und Wartung -anbelangt, so sind diese, soweit es sich um stationäre -Anlagen handelt, für Bleiakkumulatoren einfacher als -für <span class="nowrap">Edison-Zellen<a id="FNanchor123"></a><a -href="#Footnote123" class="fnanchor">[123]</a>,</span> besonders wenn erstere in Glasgefäße -eingebaut sind. Andererseits hat aber die Edison-Zelle -manche Vorzüge vor ihrem älteren Rivalen voraus; -vor allem ist sie gegen Überanstrengung, sei es daß -diese in zu weitgetriebener Entladung, z. B. bis zu -0,5 Volt Spannung, oder in Entnahme anormal starken -Stromes besteht, fast ganz unempfindlich; ferner kann -die Zelle im entladenen Zustande lange stehen, ohne -daß sie Schaden leidet, und daher ist das oft höchst -lästige Nachladen, das bei Bleiakkumulatoren erfolgen -muß, wenn die Batterie längere Zeit nicht benutzt wird, -überflüssig; endlich sind zu erwähnen die große mechanische -Festigkeit, verbunden mit der Widerstandsfähigkeit -gegen Stöße, und der feste Halt der wirksamen Masse.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page163">[163]</span></p> - -<p>Diese Eigenschaften sind in manchen Fällen so -wertvoll, daß man die Mängel gern mit in den Kauf -nimmt. Das Hauptgebiet, das sich der Edison-Akkumulator -zu erobern gedenkt, ist das Elektromobil. Hier -spielen das Gewicht pro Einheit der Leistung und die -Raumbeanspruchung eine maßgebende Rolle. Wir wollen -zusehen, welcher von den beiden Akkumulatoren in -dieser Hinsicht den Vorzug verdient. Dem schon mehrmals -erwähnten Buche von <span class="gesp">Kammerhoff</span> entnehme -ich, daß die Type H<sub>27</sub>, d. h. die H-Type mit 27 normalen -Platten, für jedes Kilogramm Totalgewicht 24 Wattstunden -<span class="nowrap">leistet<a id="FNanchor124"></a><a href="#Footnote124" -class="fnanchor">[124]</a>;</span> unter Totalgewicht ist das Gewicht -der kompletten Zelle inkl. Holzträger zu verstehen. -Der Berechnung liegt 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub>stündige Entladung zugrunde. -In einem Vortrage von <span class="gesp">Roloff</span> findet man die Angaben, -daß man erhält</p> - -<table class="notopbotmargin" summary=""> - -<tr> -<td class="left padr1">bei</td> -<td class="left padr1">einem</td> -<td colspan="2" class="left padr0">stationären Bleiakku</td> -<td class="left padl0 padr1">mulator</td> -<td class="left">pro</td> -<td class="left">1 kg</td> -<td class="left">Gew.</td> -<td class="right padr0">8</td> -<td> </td> -<td class="right padr0">W-Std.</td> -<td class="left padl0">,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td colspan="2" class="left"><span class="nowrap">transportablen<a -id="FNanchor125"></a><a href="#Footnote125" class="fnanchor">[125]</a></span></td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="right padr0">32</td> -<td class="left padl0">,5</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padl0">,</td> -</tr> - -</table> - -<p class="noindent">5stündige Entladung vorausgesetzt. Will man unparteiisch -urteilen, so muß man bei dem transportablen Bleiakkumulator -auch 3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub>stünd. Entladung annehmen. Die -dieser Zeit entsprechende Kapazität kann zu 5-6% -geringer angenommen werden als die bei 5stündiger -Entladung; auch ist zu berücksichtigen, daß die mittlere -Klemmenspannung etwas kleiner ist. Auf keinen Fall -aber bedeutet der Edison-Akkumulator, wenn es sich -um transportable Zellen handelt, die in 3-4 Stunden -entladen werden sollen, einen Fortschritt hinsichtlich -einer <span class="nowrap">Gewichtsverringerung<a id="FNanchor126"></a><a href="#Footnote126" class="fnanchor">[126]</a>.</span></p> - -<p><span class="pagenum" id="Page164">[164]</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="nowrap"><span class="gesp">Peters</span><a id="FNanchor127"></a><a -href="#Footnote127" class="fnanchor">[127]</a></span> gelangt zu der Ansicht, daß der Edison-Akkumulator -in keiner Hinsicht mit dem Bleiakkumulator konkurrieren könne. -<span class="gesp">Graefenberg</span> findet, daß der Edison-Akkumulator 16-18 Wattstunden -pro 1 kg Gesamtgewicht leiste.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Die Zahlen ändern sich aber zugunsten der Edison-Zelle, -wenn es sich um schnelle Entladungen handelt, indem -nämlich die Kapazität der Bleizelle in viel höherem -Maße von der Entladedauer abhängig ist als diejenige -der Edison-Zelle. Auch spricht die Lebensdauer ein -wichtiges Wort mit, und diese dürfte bei Bleiakkumulatoren, -die 25-30 Wattstunden pro 1 kg Gewicht leisten, -keine besonders große sein; wie es in dieser Hinsicht -mit den Edison-Zellen bestellt ist, darüber fehlen noch -unparteiische Angaben.</p> - -<p>Was die Raumbeanspruchung anbelangt, so hat der -Bleiakkumulator von vornherein einen Vorsprung, weil -er eine viel höhere mittlere Spannung hat als die -Edison-Zellen (Verringerung der Zellenzahl). <span class="gesp">Kammerhoff</span> -berechnet, daß die Type H<sub>27</sub> bedarf</p> - -<table class="notopbotmargin" summary="Raumbeanspruchung"> - -<tr> -<td class="left padr1">bei</td> -<td class="left padr1">3<sup>3</sup>⁄<sub>4</sub></td> -<td class="left padr1">stdg.</td> -<td class="left padr1">Entladung</td> -<td class="left padr1">pro</td> -<td class="left padr1">1</td> -<td class="left padr1">Kilowattstd.</td> -<td class="left">31,17 l,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr1">1<sup>1</sup>⁄<sub>4</sub></td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr1">1</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left">35,07 l;</td> -</tr> - -</table> - -<p class="noindent">angenommen ist, daß je 6 Zellen in einen Holzkasten -eingebaut sind. Für eine Bleizelle, die für Elektromobilbetrieb -bestimmt ist, wird angegeben, daß ohne Holzkasten -erforderlich sind</p> - -<table class="notopbotmargin" summary="Raumbeanspruchung"> - -<tr> -<td class="left padr1">bei</td> -<td class="right padr0">5</td> -<td class="left padl0">stdg.</td> -<td class="left padr1">Entladung</td> -<td class="left padr1">pro</td> -<td class="left padr1">1</td> -<td class="left padr1">Kilowattstd.</td> -<td class="left padr1">13,08</td> -<td class="left">l,</td> -</tr> - -<tr> -<td class="center">„</td> -<td class="right padr0">1</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr1">1</td> -<td class="center">„</td> -<td class="left padr1">25,46</td> -<td class="left">l.</td> -</tr> - -</table> - -<p class="noindent">Nach <span class="gesp">Roloff</span> sind für transportable Bleizellen 12 l -pro Kilowattstunde und für die Edison-Zelle 19 l erforderlich. -Auch hier fragt es sich, ob die Raumverringerung -nicht auf Kosten der Lebensdauer erkauft -ist.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page165">[165]</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p>Die Angaben, die man über die Lebensdauer der für Elektromobilbetrieb -bestimmten Batterien findet, widersprechen sich. Während -<span class="gesp">Joly</span> in dem (a. <a href="#Page160">S. 160</a>) zitierten Aufsatze behauptet, daß der Bleiakkumulator -3000-3500 Meilen leiste, die Edison-Zelle aber nur -2500 Meilen, berechnet <span class="gesp">Kammerhoff</span> (l. c. S. 152), daß die Lebensdauer -des Bleiakkumulators im günstigsten Falle 9750 Wagenkilometern -und diejenige einer um etwa 30% leistungsfähigeren Edison-Batterie -54000 Wagenkilometern entspreche. Natürlich sind auch die Preise -für die Batterien in Rechnung zu setzen. Übernimmt die Fabrik -gegen Zahlung einer gewissen Summe, sei es pro Jahr oder sei es -pro Wagenkilometer, die volle Unterhaltung (inkl. Erneuerung der -Platten), so spielt die Lebensdauer für den Besitzer des Wagens -keine Rolle, und es treten dann die früher erörterten Faktoren um -so mehr in den Vordergrund.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Ein definitives Urteil über den Wert des Eisen-Nickel-Akkumulators -kann noch nicht gefällt werden; -man muß berücksichtigen, daß er erst einige Jahre -alt ist, während der Bleiakkumulator auf eine etwa -25jährige Vergangenheit zurückblicken kann, während -deren an seiner Vervollkommnung Tausende von Theoretikern -und Praktikern gearbeitet haben. Einstweilen -kann der Edison-Akkumulator nur in einigen beschränkten -Anwendungsgebieten mit dem Bleiakkumulator erfolgreich -konkurrieren.</p> - -<p>Der <span class="gesp">Zink-Nickel-Sammler</span> ist einstweilen -nur von theoretischem Interesse und soll nur der Vollständigkeit -halber erwähnt werden. Analog wie die -Nickelplatten des Edison-Akkumulators lassen sich -Masseplatten aus Zink herstellen. Der Masse wird -Graphit und Pottasche zugesetzt, ersterer verhindert, -daß der bei der Ladung sich bildende Zinkschwamm -zusammensintert, die Pottasche löst sich, und es bilden -sich Hohlräume, die beim Quellen der Masse Platz gewähren.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote113"><a href="#FNanchor113"><span class="label">[113]</span></a> E. T. Z. 1905 S. 301.</p> - -<p id="Footnote114"><a href="#FNanchor114"><span class="label">[114]</span></a> -Letzteres ist für zweiwertiges Blei 103,2, für zweiwertiges -Nickel nur 29,3.</p> - -<p id="Footnote115"><a href="#FNanchor115"><span class="label">[115]</span></a> -S.: A. <span class="gesp">Kammerhoff</span>. Der Edisonakkumulator. Berlin, 1910.</p> - -<p id="Footnote116"><a href="#FNanchor116"><span class="label">[116]</span></a> E. T. Z. 1905, S. 756.</p> - -<p id="Footnote117"><a href="#FNanchor117"><span class="label">[117]</span></a> Zeitschr. für Elektrochemie 1908, Nr. 21.</p> - -<p id="Footnote118"><a href="#FNanchor118"><span class="label">[118]</span></a> -Zeitschr. für Elektrochemie 1906, S. 463 oder E. T. Z. 1906, -S. 999.</p> - -<p id="Footnote119"><a href="#FNanchor119"><span class="label">[119]</span></a> E. T. Z. 1905, S. 756.</p> - -<p id="Footnote120"><a href="#FNanchor120"><span class="label">[120]</span></a> Aus der aktiven Masse werden kleine Briketts von etwa -1 mm Dicke hergestellt.</p> - -<p id="Footnote121"><a href="#FNanchor121"><span class="label">[121]</span></a> Siehe Elektrische Kraftbetriebe und Bahnen, 1910, Nr. 23 -(Kammerhoff) oder E. T. Z. 1910, S. 404.</p> - -<p id="Footnote122"><a href="#FNanchor122"><span class="label">[122]</span></a> Siehe The Electrical Times, 1910 (17. Nov.).</p> - -<p id="Footnote123"><a href="#FNanchor123"><span class="label">[123]</span></a> -Man vergleiche die Vorschriften über Ladung, Entladung usw.</p> - -<p id="Footnote124"><a href="#FNanchor124"><span class="label">[124]</span></a> -Für die neueste Type werden 30 Wattstunden pro 1 kg Totalgewicht -angegeben. Siehe E. T. Z. 1910, S. 404.</p> - -<p id="Footnote125"><a href="#FNanchor125"><span class="label">[125]</span></a> Ohne Holzkasten oder dgl.</p> - -<p id="Footnote126"><a href="#FNanchor126"><span class="label">[126]</span></a> -Über die neueste Type (s. <a href="#Page159">S. 159</a>) liegt noch zu wenig Beobachtungsmaterial -vor.</p> - -<p id="Footnote127"><a href="#FNanchor127"><span class="label">[127]</span></a> E. T. Z. 1908, S. 1232.</p> - -<p id="Footnote128"><span class="label">[128]</span> Zentralblatt für Akkum. u. Galvanotechnik 1908, S. 49.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<p><span class="pagenum" id="Page166">[166]</span></p> - -<h2><span class="firstline">Neuntes Kapitel.</span><br /> -<span class="secondline">Die Verwendung der Akkumulatoren.</span></h2> - -<p>Die Verwendung der Akkumulatoren ist eine so -vielseitige, daß es ganz ausgeschlossen ist, sie in diesem -kleinen Werkchen auch nur einigermaßen erschöpfend -zu behandeln.</p> - -<p>1. Am wichtigsten ist die <span class="gesp">Verwendung</span> der -Akkumulatoren <span class="gesp">in elektrischen Anlagen</span>. Wir beschränken -uns hier auf den einfachsten Fall, nämlich auf -die <span class="gesp">Zweileiteranlage</span>, bei der die Batterie parallel -zur Dynamo geschaltet wird. Machen wir uns zunächst -klar, welchen <span class="gesp">Nutzen</span> die Verwendung <span class="gesp">der Akkumulatoren</span> -gewährt. Eine Lampe brennt nur dann -ruhig, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Zuleitungsdrähten -konstant ist. Bei reinem Maschinenbetrieb -ist es aber ganz unmöglich, in einer Anlage -mit stark schwankendem Konsum die Klemmenspannung -der Dynamo konstant zu <span class="nowrap">halten<a id="FNanchor129"></a><a -href="#Footnote129" class="fnanchor">[129]</a>.</span> Ist nun eine Akkumulatorenbatterie -parallel zur Dynamo geschaltet, so -werden durch sie die Schwankungen ausgeglichen, so -daß die Lampen ein gleichmäßiges Licht ausstrahlen. -Ja, man kann, wenn man Akkumulatoren zu Hilfe nimmt, -Kraftmaschinen benutzen, die an und für sich nicht sehr<span class="pagenum" id="Page167">[167]</span> -regelmäßig laufen, z. B. Wasserräder. Sodann ermöglichen -die Akkumulatoren eine ökonomische Ausnutzung -der Maschinen. Bekanntlich nämlich arbeiten Dampfmaschinen -und Dynamos mit dem günstigsten Wirkungsgrade, -wenn sie voll belastet sind. Ist nun der Konsum -gering, so kann die Dynamo Strom an die Batterie abgeben; -wird die Netzbelastung so groß, daß <span class="gesp">eine</span> -Dynamo zu stark belastet sein würde und <span class="gesp">zwei</span> zu -schwach, so gibt die Batterie so lange Strom ab, bis -es sich lohnt, die zweite Dynamo in Betrieb zu setzen. -In den frühen Morgen- und späten Abendstunden ist -die Energieabgabe der Zentrale meistens so gering, -daß eine Dynamomaschine verhältnismäßig schwach -belastet sein würde. Man überträgt dann der Batterie -die Stromlieferung. Hierdurch wird nicht nur eine nicht -unbedeutende Ersparnis an Betriebsmaterial, sondern -auch eine einfachere und billigere Bedienung ermöglicht.</p> - -<p>Bei kleineren Anlagen können die Akkumulatoren -im Sommer die Speisung der Lampen usw. eventuell -ganz übernehmen.</p> - -<p>Die stete Bereitschaft der Akkumulatoren kann -endlich unter Umständen von großem Nutzen sein (Reparaturen -an Maschinen usw.). Durch die Batterie wird -also die <span class="gesp">Betriebssicherheit</span> bedeutend <span class="gesp">erhöht</span>, -sie bildet die letzte, aber durchaus zuverlässige Reserve.</p> - -<p>Der Umstand, daß sich die Spannung des Akkumulators -sowohl während der Entladung als auch besonders -während der Ladung ändert, bedingt die -Anwendung eines besonderen Apparates, des <span class="gesp">Zellenschalters</span>. -Da während der Entladung die Klemmenspannung -der Elemente langsam <span class="nowrap">sinkt<a id="FNanchor130"></a><a -href="#Footnote130" class="fnanchor">[130]</a>,</span> so muß man,<span class="pagenum" id="Page168">[168]</span> -wenn die Spannung in der Zentrale möglichst auf konstanter -Höhe gehalten werden soll, von Zeit zu Zeit eine -der in der Reserve stehenden Zellen zu den bereits an der -Stromlieferung beteiligten hinzuschalten. Bei 110 Volt -z. B. genügen bei Beginn der Entladung etwa 55 Elemente, -ist die Spannung jeder Zelle bis zu 1,97 Volt gesunken, -so fehlen ca. 1,8 Volt, so daß die Zelle Nr. 56 -hinzugeschaltet werden muß. Da man bis zu etwa -1,8 Volt entlädt, so sind 61 Zellen <span class="nowrap">erforderlich<a -id="FNanchor131"></a><a href="#Footnote131" class="fnanchor">[131]</a>,</span> von -denen die 6 letzten als Schaltzellen dienen. Diese -werden natürlich nicht so stark beansprucht wie die -Elemente 1 bis 55. Wird nun geladen, so fangen die -Schaltzellen früher an zu gasen und müssen abgeschaltet -werden.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig30"> -<p class="caption">Fig. 30.</p> -<img src="images/illo30.png" alt="Schaltung" width="600" height="374" /> -</div> - -<p id="Ref19">Derjenige Apparat, der es ermöglicht, nach Bedarf -Zellen ab- oder hinzuzuschalten, ist der <span class="gesp">Zellenschalter</span>. -Das Prinzip desselben soll an der Hand der <a href="#Fig30">Fig. 30</a> -erläutert werden. Die 6 letzten Zellen der Batterie -sind mit I, II bis VI bezeichnet und durch Drähte mit -den Kontaktstücken <i>c</i><sub>1</sub> bis <i>c</i><sub>6</sub> des Zellenschalters verbunden. -Diese und ebenso der drehbare Schleifkontakt<span class="pagenum" id="Page169">[169]</span> -<i>H</i> sind auf einer gut isolierenden Unterlage montiert. -Die Nutzleitung ist mit dem positiven Pole der letzten -Zelle und mit dem Hebel verbunden. Befindet sich <i>H</i> -in der Lage <i>1</i>, so fließt der Strom durch die Nutzleitung, -die Lampen <i>L</i>, nach <i>a</i>, über <i>c</i><sub>2</sub> zum negativen Pole der -Schaltzelle <i>II</i>. Die mit <i>III</i> bis <i>VI</i> bezeichneten Elemente -sind also an der Stromlieferung nicht beteiligt. Dreht -man <i>H</i> in die Lage <i>2</i>, so sind alle Zellen eingeschaltet.</p> - -<p>Soll der Strom während des Hinzu- oder Abschaltens -einer Zelle nicht unterbrochen werden, so muß der Hebel -<i>H</i> den folgenden Kontakt schon berühren, bevor er den -vorhergehenden verläßt.</p> - -<p>Liegt nun <i>H</i> beispielsweise zugleich auf <i>c</i><sub>2</sub> und <i>c</i><sub>3</sub>, -so ist die Zelle <i>III</i> kurz geschlossen; denn ihr positiver -Pol ist durch die nach <i>c</i><sub>2</sub> und <i>c</i><sub>3</sub> gehenden Verbindungsdrähte, -durch den Hebel und die beiden erwähnten -Kontaktstücke mit dem negativen Pole verbunden. -Durch den Kurzschluß -kann die -Zelle Schaden leiden. -Um den Übelstand -zu beseitigen, schaltet -man zwischen die -Kontaktstücke <i>c</i><sub>1</sub>, <i>c</i><sub>2</sub> -usw. kleinere Kontaktstücke -<i>a</i>, <i>b</i>, <i>c</i> -usw., die sogenannten -Zwischenkontakte, und verbindet, wie es aus der -<a href="#Fig31">Fig. 31</a> zu ersehen ist, die Zwischen- und die Hauptkontakte -durch Widerstände <i>w</i>. Natürlich darf jetzt -der Schleifkontakt nicht so breit sein, daß er zwei -Hauptkontakte, z. B. <i>c</i><sub>1</sub> und <i>c</i><sub>2</sub>, gleichzeitig berührt.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig31"> -<p class="caption">Fig. 31.</p> -<img src="images/illo31.png" alt="Schaltung" width="450" height="260" /> -</div> - -<p>Bei der durch unsere <a href="#Fig31">Figur</a> angedeuteten Anordnung -muß für jede Schaltzelle ein besonderer Zwischenwiderstand<span class="pagenum" id="Page170">[170]</span> -vorgesehen werden. Man kommt aber mit einem -Zwischenwiderstand aus, wenn man den Schleifkontakt <i>H</i> -(<a href="#Fig30">Fig. 30</a>) der Länge nach halbiert und die gegeneinander -isolierten Hälften durch einen Widerstand (eine Drahtspirale) -miteinander verbindet. Die Zwischenkontakte -<i>a</i>, <i>b</i>, <i>c</i> usw. der <a href="#Fig31">Fig. 31</a> können bei dieser jetzt meistens -benutzten Anordnung in Wegfall kommen. Um aber -eine ganz ebene Schleiffläche -für die Kontaktbürste -zu erzielen, legt -man zwischen die Kontaktstücke -Scheiben aus -Glas oder Schiefer.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig32"> -<p class="caption">Fig. 32.</p> -<img src="images/illo32.jpg" alt="Einfachzellenschalter" width="400" height="325" /> -</div> - -<p>Ein solcher Einfachzellenschalter -ist in <a href="#Fig32">Fig. 32</a> -abgebildet.</p> - -<p><span class="gesp">Schaltung.</span> In -<a href="#Fig33">Fig. 33</a> ist die Parallelschaltung -mit Einfachzellenschalter schematisch dargestellt. -Die Batterie kann nicht gleichzeitig Strom -aufnehmen und abgeben. Während der Ladung hat die -Maschine <i>D</i> eine höhere Spannung als die normale, die -wir zu 110 Volt annehmen wollen. Dem Zellenschalterhebel -<i>h</i> gibt man eine solche Lage, daß die Spannung -der zwischen ihm und dem Punkte <i>e</i> liegenden Zellen -110 Volt beträgt, die Lampen <i>L</i> also mit normaler -Spannung brennen. Der von der Maschine kommende -Strom teilt sich an dem Schleifkontakte <i>h</i> des Zellenschalters; -durch die Zellen, die rechts von dem Schalthebel -(zwischen <i>h</i> und <i>d</i>) liegen, fließt also der ganze -Maschinenstrom, durch die anderen Elemente die Differenz -zwischen diesem Strome und dem durch die Lampen -gehenden. Die zuerst erwähnten Zellen sind also früher -geladen (auch aus dem Grunde, weil sie bei der Entladung<span class="pagenum" id="Page171">[171]</span> -weniger stark beansprucht wurden). Da sie -aber nicht abgeschaltet werden können, so müssen sie -so lange Strom aufnehmen, bis die übrigen Zellen vollgeladen -sind. Dies hat zwei Nachteile; erstens ist -hierdurch ein nicht unbedeutender Arbeitsverlust bedingt,<span class="pagenum" id="Page172">[172]</span> -zweitens ist das jedesmalige Überladen den Elementen -schädlich. Daher ist der Betrieb mit Doppelzellenschalter -vorzuziehen.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig33"> -<p class="caption">Fig. 33.</p> -<img src="images/illo33.png" alt="Schaltung" width="349" height="600" /> -</div> - -<p>Die Anzahl der Schaltzellen ist bei der Schaltung -nach <a href="#Fig33">Fig. 33</a> eine große. Sind z. B. bei 110 Volt -61 Zellen vorhanden, und rechnen wir als Endspannung -einer Zelle bei der Ladung 2,75 Volt, so dürfen gegen -Ende der Ladung nur 110:2,75 = 40 Elemente mit dem -Netze verbunden sein; es müssen also 21 Zellen abschaltbar -sein.</p> - -<p>Die Schaltung bei Verwendung eines <span class="gesp">Doppelzellenschalters</span> -ist in <a href="#Fig34">Fig. 34</a> <span class="nowrap">dargestellt<a -id="FNanchor132"></a><a href="#Footnote132" class="fnanchor">[132]</a>.</span> Der -Betrieb gestaltet sich folgendermaßen:</p> - -<p>a) Die Batterie und die Dynamo <i>D</i> geben Strom ab -(Parallelbetrieb). Der Hebel <i>v</i> des Umschalters liegt auf -dem Kontakte <i>2</i>, hat also die in der Figur angedeutete -Lage; der Entladehebel <i>c</i><sub>1</sub> des Doppelzellenschalters -wird so lange gedreht, bis die Spannung der zwischen -<i>B</i> und <i>c</i><sub>1</sub> liegenden Zellen gleich ist der Klemmenspannung -der Maschine. Diese wird gemessen, wenn -man den Hebel des Voltmeterumschalters auf den mit -<i>3</i> bezeichneten oder auf den zur Leitung <i>4</i> (oder <i>5</i>) -zugehörigen Kontakt <span class="nowrap">legt<a id="FNanchor133"></a><a -href="#Footnote133" class="fnanchor">[133]</a>.</span> Ob die Batterie Strom abgibt -oder aufnimmt, erkennt man an dem Stromrichtungszeiger -<i>R</i>, der aus einer durch den Strom abgelenkten -Magnetnadel besteht.</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page173">[173]</span></p> - -<div class="figcenter" id="Fig34"> -<p class="caption">Fig. 34.</p> -<img src="images/illo34.png" alt="Schaltung" width="329" height="600" /> -<p class="caption"><i>D</i> = Dynamo, <i>E</i> = Automatischer Schwachstromschalter, <i>B</i> = Bleisicherung, -<i>A</i><sub>1</sub>, <i>A</i><sub>2</sub> = Ampermeter, <i>V</i> = Voltmeter, <i>R</i> = Stromrichtungsanzeiger.</p> -</div> - -<p>b) <span class="gesp">Ladung.</span> <i>v</i> liegt auf <i>1</i>; die Meßleitung <i>5</i> steht -also jetzt mit dem Ladehebel in Verbindung. Ehe die -Maschine auf die Batterie geschaltet wird, muß sie bis<span class="pagenum" id="Page174">[174]</span> -zu einer Spannung erregt werden, die etwas höher ist -als die Spannung der Batterie (siehe auch S. 94). Die -Maschinenspannung bei geöffnetem Stromkreise (der -Schwachstromautomat <i>E</i> ist noch nicht eingeschaltet) -wird gemessen, wenn man den Hebel des Voltmeterumschalters -auf den Kontakt der Leitung <i>4</i> legt; die -Batteriespannung erhält man, wenn man <i>c</i> auf das -Kontaktstück der letzten Zelle dreht und das Voltmeter -mit der Leitung <i>5</i> verbindet. Der Maschinenstrom fließt -durch die zwischen <i>c</i> und <i>c</i><sub>1</sub> liegenden Zellen und teilt -sich bei <i>c</i><sub>1</sub>, indem ein Teil durch den Entladehebel nach -den Lampen <i>L</i>, ein Teil durch die links von <i>c</i><sub>1</sub> liegenden -Zellen geht. Natürlich muß <i>c</i><sub>1</sub> so gedreht werden, daß die -Spannung der zuletzt erwähnten Elemente 110 Volt beträgt.</p> - -<p><span class="gesp">Feststellung der richtigen Type.</span> Es ist -von Wichtigkeit, daß man bei einer solchen Anlage die -richtige Akkumulatorentype wählt. Um diese zu erhalten, -bestimmt man die verlangte Leistung in Amp.-Stdn. -— sie sei <i>Q</i> — und die höchste vorkommende -Entladestromstärke. Der Akkumulator muß so bemessen -werden, daß er mit dem Strome <i>J</i> beansprucht werden -darf und seine Kapazität auch bei Entladung mit dem -Strome <i>J</i> mindestens gleich <i>Q</i> <span class="nowrap">ist<a -id="FNanchor134"></a><a href="#Footnote134" class="fnanchor">[134]</a>.</span> Natürlich wählt -man im Zweifel lieber eine zu große Type.</p> - -<p><span class="gesp">Pufferbatterien.</span> Batterien, die den Zweck -haben, die Stöße, die durch starke und schnell wechselnde -Belastungsschwankungen auf die Maschinen ausgeübt -werden, von den letzteren fernzuhalten, nennt -man Pufferbatterien. Ihre Verwendung gewährt also -den Vorteil, daß die Belastung der Dynamo eine gleichmäßigere -und daher ihre Lebensdauer und ihr Wirkungsgrad<span class="pagenum" id="Page175">[175]</span> -höher sind; ferner wird die Betriebssicherheit -erhöht. Von Wichtigkeit ist auch, daß, wenn eine -Pufferbatterie projektiert wird, die Maschinenanlage -nicht dem nur für kurze Zeit vorhandenen maximalen -Strome, sondern dem mittleren Konsume zu entsprechen -braucht. Besonders bei elektrischen Bahnanlagen finden -solche Batterien ausgedehnte Verwendung. Hier — -zumal bei kleiner Anzahl der Wagen — können größere -Belastungsänderungen durch das Halten und Anfahren -der Wagen und durch stärkere Steigungen verursacht -werden. Die Pufferbatterie soll, wenn die Klemmenspannung -der Dynamo, mit der sie parallel geschaltet -ist, bei stärkerer Zunahme der Netzstromstärke <i>J</i> abzufallen -beginnt (Ankerrückwirkung), Strom in die -Leitung schicken und Strom aufnehmen, wenn <i>J</i> unter -den normalen Betrag sinkt. Könnte die Batterie ihre -Aufgabe in vollkommener Weise erfüllen, so würden -Dynamo und Dampfmaschine stets gleichmäßig belastet -sein und mit dem günstigsten Wirkungsgrade arbeiten.</p> - -<p>Soll die Batterie nur die Belastungsschwankungen -ausgleichen, so gibt sie im Laufe eines Tages ungefähr -so viel Strom ab, wie ihr zugeführt wird; wählt man -die Batterie so groß, daß sie im Notfalle eine oder -mehrere Maschinengruppen vertreten kann, oder regelmäßig -bei schwachem Konsume den Strombedarf deckt, -so wird sie zur <span class="gesp">Kapazitätsbatterie</span>.</p> - -<p>Das Verhalten einer Pufferbatterie während des -Betriebes erfordert ein eingehendes Studium, da eine -ganze Reihe von Momenten zu berücksichtigen ist; hier -können nur einige Andeutungen Platz finden. Daß die -Dynamo mit konstantem Strome arbeitet, ist ganz ausgeschlossen. -Denn wenn das der Fall wäre, so wäre -ihre Klemmenspannung ebenfalls konstant, und dann -könnte die Batterie weder Strom aufnehmen noch Strom<span class="pagenum" id="Page176">[176]</span> -abgeben. Die Spannung der Dynamo <span class="gesp">muß</span> sich also -mit der Belastung ändern. Wenn z. B. der Verbrauchsstrom -wächst, so muß zunächst die Klemmenspannung -der Dynamo abfallen, diese aber sinkt erst dann, wenn -die Maschine einen stärkeren Strom <span class="nowrap">abgibt<a -id="FNanchor135"></a><a href="#Footnote135" class="fnanchor">[135]</a>.</span></p> - -<p>Die Pufferwirkung ist, was die Batterie anbelangt, -abhängig von dem Spannungsabfall bei Stromabgabe und -von dem Spannungsanstieg bei Stromzufuhr, und zwar -nicht nur dem dem inneren Widerstande entsprechenden, -sondern vor allem dem durch die Änderung der elektromotorischen -Kraft verursachten. Dieser letztere Teil -hängt von der Stromdichte und der Geschwindigkeit ab, -mit der sich die Konzentration der Säure in den Poren -der wirksamen Masse ändert, also von der Plattenkonstruktion -und von der Porosität der aktiven Masse. -Auch die Dauer der Entladung und der Ladezustand -der Zellen spielen eine Rolle. Eine Zelle, die fast bis -zur Gasentwicklung geladen ist, verhält sich, wenn man -zur Entladung übergeht, anders wie eine Zelle, die -nahezu erschöpft <span class="nowrap">ist<a id="FNanchor136"></a><a -href="#Footnote136" class="fnanchor">[136]</a>.</span> Bei größerer Stromaufnahme -steigt die Klemmenspannung eines <span class="gesp">Akkumulators</span> schnell, -mag das Element fast entladen oder nahezu voll geladen -sein (man vergleiche die Kurve <a href="#Fig35">Fig. 35</a> mit derjenigen -in <a href="#Fig7">Fig. 7</a> a. <a href="#Page81">S. 81</a>).</p> - -<div class="figcenter" id="Fig35"> -<p class="caption">Fig. 35.</p> -<img src="images/illo35.png" alt="Klemmenspannung" width="438" height="550" -title="Ladung nach geringer Stromentnahme." /> -</div> - -<div class="blquote"> - -<p>Am ungünstigsten dürften die Verhältnisse liegen, wenn sich -an eine Periode schwachen Konsums, in der die Batterie Strom aufnimmt, -sofort eine Periode stärkeren Stromverbrauchs, verbunden mit -Stromabgabe seitens der Batterie, anschließt; denn es wird dann in -ganz kurzer Zeit auch bei geringer Stromabgabe die Zellenspannung -stark abfallen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p><span class="pagenum" id="Page177">[177]</span></p> - -<p>Soll die Batterie dauernd ihre Kapazität behalten, -so muß sie in jeder Woche (nach den Vorschriften der -Akkum. Fabr. Akt.-Ges.) zweimal mindestens mit ihrer -halben Kapazität beansprucht werden, außerdem muß -sie täglich bis zu 2,75 Volt pro Zelle geladen werden. -Sieht man von dieser umständlichen Behandlung ab, so -erfolgt geringe Sulfatierung, die Batterie wird dann -in irgend einem Bedarfsfalle nicht die volle Kapazität -abzugeben in der Lage sein, jedoch immer noch allen -praktischen Anforderungen gerecht werden.</p> - -<p>Die Entladung darf mit der der einstündigen Beanspruchung -entsprechenden Stromstärke geschehen.<span class="pagenum" id="Page178">[178]</span> -Die Kapazitäts-Batterie soll möglichst oft zur Arbeitsleistung -herangezogen werden und täglich morgens vor -Beginn des Maschinenbetriebes und abends nach Stillsetzen -der Maschinen zur Stromabgabe benutzt werden.</p> - -<p>Um die Pufferwirkung, die an und für sich wegen -der schnellen Änderungen der elektromotorischen Kraft -nicht in befriedigender Weise erfolgt, zu erhöhen, hat -man besondere Schaltungen ersonnen. Eine häufig angewandte -Anordnung besteht in der Verwendung der -<span class="gesp">Piranischen Pufferzusatzmaschine</span>. Diese -wird durch einen Elektromotor angetrieben und hat -2 Magnetwicklungen. Die eine, mit hohem Widerstande, -ist mit den Polen der Akkumulatorenbatterie verbunden, -die zweite, von geringem Widerstand, ist einem vom -Netzstrome durchflossenen Widerstande parallel geschaltet. -Die beiden Ströme wirken im entgegengesetzten -Sinne magnetisierend. Der normale Netzstrom -sei J und der augenblickliche J<sup>1</sup>. Ist J = J<sup>1</sup>, so heben -sich die beiden Erregerströme auf, die Zusatzmaschine -entwickelt keine Spannung, und der Akkumulator gibt -keinen Strom ab. Ist J<sup>1</sup>>J, so hat die Maschine eine -Spannung, die sich zu derjenigen der Batterie addiert, -so daß sie Strom abgibt, etc.</p> - -<p>Auch bei <span class="gesp">Drehstrom</span> gelangen Akkumulatorenbatterien -zum Puffern zuweilen zur <span class="nowrap">Anwendung<a id="FNanchor137"></a><a -href="#Footnote137" class="fnanchor">[137]</a>.</span> Man -kann an das Netz einen Motorgenerator, d. h. einen -Drehstrommotor, der eine Gleichstrommaschine antreibt, -oder einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer anschließen. -Die Gleichstromseite ist mit einer Batterie parallel geschaltet. -Wenn nun in der Zentrale die Umdrehungszahl -der Drehstromdynamo sinkt, so sinkt auch diejenige -des Motors bezw. Umformers, die Gleichstrommaschine<span class="pagenum" id="Page179">[179]</span> -hat niedrige Spannung und die Batterie gibt Strom ab. -Der Umformer wird durch Gleichstrom angetrieben und -wirkt als Drehstromgenerator, d. h. er gibt Strom an -das Netz ab. Umgekehrt nimmt die Batterie Strom -auf, wenn sich die Umdrehungszahl der Motordynamo -erhöht. Die Anordnung ist besonders dann am Platze, -wenn der Kraftbedarf sehr stark schwankt, wie es z. B. -bei Fördermaschinen in Bergwerken der Fall ist.</p> - -<p><span class="gesp">Umwandlung der Spannung.</span> Bei großen -elektrischen Anlagen benutzt man zuweilen auch Akkumulatorenbatterien, -um die hohe Netzspannung in -niedrigere Gebrauchsspannung umzuwandeln. Nehmen -wir z. B. an, daß man Bahnstrom von 600 Volt einer -an der Bahnstrecke gelegenen Gemeinde für die Speisung -von Lampen von 110 Volt zuführen will. Man kann -dann an dem betreffenden Orte etwa 220 Zellen, die in -Reihe geschaltet sind, durch den Bahnstrom direkt oder -durch eine Motordynamo laden, die durch den Bahnstrom -angetrieben wird. Bei der Entladung bildet man aus der -großen Batterie Gruppen, die parallel geschaltet werden.</p> - -<p><span class="gesp">Akkumulatorenwagen</span> für Bahnbetrieb. In -den letzten Jahren sind wieder vielfach Versuche mit -Akkumulatoren-Triebwagen gemacht worden. Diese -sollen dem Zwecke dienen, auf Haupt- und Nebenbahnen, -wo ein genügendes Bedürfnis vorhanden ist, einen -Zwischenverkehr neben den großen durchgehenden -Hauptzügen zu ermöglichen (Vorortverkehr, Anschluß -an Stationen, wo Schnellzüge halten usw.). Nach dem -Entwurf des Geheimen Baurats <span class="gesp">Wittfeld</span> sind für die -preußischen Staatsbahnen <span class="nowrap">Akkumulatoren-Doppelwagen<a -id="FNanchor138"></a><a href="#Footnote138" class="fnanchor">[138]</a></span> -ausgeführt worden. Ein solcher besteht aus zwei kurzgekuppelten -zweiachsigen Einzelwagen, von denen jeder<span class="pagenum" id="Page180">[180]</span> -in einem Vorbau mit einer Achse eine Akkumulatorenbatterie -enthält. Diese besteht aus 168 Zellen mit -368 Amp.-Stdn. Kapazität. Die Wagen können ca. -100 km mit voller Belastung zurücklegen. Lötverbindungen -sind vermieden, so daß man die einzelnen Teile -(Hartgummikästen) leicht herausnehmen kann (Akk.-Fabrik, -Akt.-Ges.). Auf pfälzischen Bahnen sind seit -längerer Zeit mit Akkumulatorenwagen so günstige Erfahrungen -gemacht worden, daß eine größere Anzahl -von Wagen in Auftrag gegeben wurde.</p> - -<p><span class="gesp">Elektromobile.</span> An die Batterien für Elektromobile -werden besondere Anforderungen gestellt: Möglichst -geringes Gewicht pro Einheit der Leistung, ohne -daß die Lebensdauer zu sehr herabgesetzt wird (siehe -<a href="#Page164">S. 164</a>), große Widerstandsfähigkeit gegen mechanische -Erschütterungen, die während der Fahrt oft recht -stark sein können, Unempfindlichkeit gegen Überlastungen -(Anfahren etc.), möglichst geringe Raumbeanspruchung. -Für jede Tonne Gewicht, das zu bewegen -ist, ist eine gewisse Zugkraft nötig (13-30 kg), die -man als Traktionskoeffizient bezeichnet. Dieser hängt -von verschiedenen Umständen ab: von der Bereifung -(Vollgummi, Pneumatik, Eisen), von dem Totalgewichte -selbst, vor allem von der Beschaffenheit und dem Zustande -der Straßen. Ein Personen-Elektromobil erfordert -etwa 3 PS. bei 20 km Geschwindigkeit einschl. -Energie-Verlust im Motor und Kontroller, der durchschnittlich -etwa 25% beträgt. Da schon geringe -Steigungen recht hohe Anforderungen an die Batterie -stellen, so sind in bergischen Gegenden Elektromobile -nicht am Platze. Sie kommen einstweilen nur für Städte -in Frage. (Näheres siehe <span class="gesp">Kammerhoff</span> l. c. S. 116, -ferner seien hervorgehoben die Arbeiten von E. <span class="gesp">Sieg</span> in -der E. T. Z. 1905, S. 311 und in E. T. Z. 1906, S. 1017.)</p> - -<p><span class="pagenum" id="Page181">[181]</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p><span class="gesp">Sieg</span> weist nach, daß der Akkumulator für Elektromobile pro -1 kg Gewicht mindestens 30 Wattstunden leisten muß, wenn er bei -den üblichen Geschwindigkeiten von 25-30 km in der Stunde die geringsten -Betriebskosten fordern soll. Die Platten werden in der -früher beschriebenen Weise durch gewellte Hartgummischeiben oder -Holzbrettchen gegeneinander isoliert. Die übliche Zellenzahl ist 40-44, -entsprechend 110 Volt Endspannung bei der Ladung. Die Akkumulatoren -werden in Holzkästen untergebracht. Der Antrieb erfolgt -am besten durch die Vorderräder; die Motoren werden entweder unmittelbar -mit dem Rade gekuppelt oder in dieses eingebaut, oder -man kann den Motor durch Zahnradübersetzung auf die Räder -wirken lassen.</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Auch bei Automobilen mit Benzinmotoren finden -Akkumulatoren Anwendung und zwar für die Beleuchtung, -die elektrische Huppe, als Zünderzellen etc.</p> - -<p>Im <span class="gesp">Telegraphenbetrieb</span> sind die Akkumulatoren -besonders dann den Primärelementen überlegen, -wenn es sich um den Betrieb langer Kabelleitungen -handelt. Bei diesen spielt die elektrostatische Kapazität -eine wichtige Rolle. Bei jedem Zeichen nämlich, -das telegraphiert wird, d. h. bei jedem Stromschluß, muß -das Kabel zunächst durch die Stromquelle geladen -werden; die Ladung verläuft aber umso schneller, je -kleiner der innere Widerstand der Batterie ist. Durch -Verwendung von Akkumulatoren wird somit die Telegraphiergeschwindigkeit -vergrößert. Bei vielen Ämtern -werden seit Jahren Sammler von 14 Amp.-Stdn. Kapazität -verwendet, die entweder aus Kupferelementen oder -aus dem Netz des Elektrizitätswerkes geladen werden.</p> - -<p>Im <span class="gesp">Telephonbetrieb</span> haben sich Akkumulatoren -als Stromquellen für die Vermittlungsämter und bei -dem Vielfachsystem mit <span class="nowrap">Zentralbatteriebetrieb<a -id="FNanchor139"></a><a href="#Footnote139" class="fnanchor">[139]</a></span> gut -bewährt. Dagegen scheinen ausgedehnte Probeversuche,<span class="pagenum" id="Page182">[182]</span> -den Akkumulator als Stromquelle für die Mikrophone -bei den einzelnen Sprechstellen zu verwenden, nicht -zu einem befriedigenden Resultate geführt zu haben, -indem die wegen des Mangels einer — kaum durchzuführenden -— genügenden Überwachung der einzelnen -Elemente häufig vorkommende Sulfatierung der Platten -und die damit verbundene Schwierigkeit der Ladung -große Unterhaltungskosten <span class="nowrap">verursachen<a -id="FNanchor140"></a><a href="#Footnote140" class="fnanchor">[140]</a>.</span></p> - -<div class="blquote"> - -<p>Am besten dürften sich für Telephonbetrieb Akkumulatoren mit -Masseplatten bezw. Faureplatten eignen, da bei diesen die Selbstentladung -während der Ruhepausen geringer ist als bei Großoberflächenplatten -und daher auch die Gefahr, daß Sulfatierung erfolgt -(s. <a href="#Page111">S. 111</a>).</p> - -</div><!--blquote--> - -<p>Sogenannte <span class="gesp">Kleinakkumulatoren</span> finden zahlreiche -Verwendungen, von denen noch folgende hervorgehoben -seien: Beleuchtung von Lampen in Wagen, -tragbare Lampen (Taschenlampen, Handlampen), Beleuchtung -von Treppen, Antrieb von kleinen Ventilatoren usw.</p> - -<p><span class="gesp">Verwendung der Akkumulatoren im Laboratorium</span> -(Lehrzwecke, therapeutische Zwecke etc.). -Bei sachgemäßer Behandlung bilden die Akkumulatoren -eine Stromquelle, die allen Anforderungen in bester -Weise genügt; sie sind stets betriebsbereit, die Bedienung -und Kosten sind im Vergleich zu Primärelementen -außerordentlich gering, man kann längere Zeit -nahezu konstanten und starken Strom entnehmen. Versagt -ein Akkumulator frühzeitig, so ist der Grund fast -immer in Fehlern zu suchen, die bei der Behandlung -gemacht worden sind; vor allem wird oft gegen die -Vorschriften gesündigt, daß eine gewisse Stromstärke -bei der Entladung nicht überschritten werden darf, daß -die Entladung nur bis zu einem gewissen Punkte getrieben<span class="pagenum" id="Page183">[183]</span> -werden darf und daß zwischen Entladung und -Ladung nur eine kurze Zeit liegen soll.</p> - -<p>Am besten werden Glaszellen verwendet, damit -man das Innere besichtigen kann. Werden die Elemente -bald hier, bald dort verwendet, so stellt man sie -in mit Griffen oder Tragriemen versehene Holzkästen, -deren Höhe etwa <sup>2</sup>⁄<sub>3</sub> der Höhe der Zelle beträgt, oder -bei denen die Vorder- und Hinterwand zum Teil herausgenommen -sind, wie es die <a href="#Fig36">Fig. 36</a> zeigt.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig36"> -<p class="caption">Fig. 36.</p> -<img src="images/illo36.jpg" alt="Zellenkiste" width="350" height="347" /> -</div> - -<p>Damit man die Spannung leicht ändern kann, befestigt -man an einer Seite des Kastens ein Schaltbrettchen, -dessen Kontaktstücke -mit den Polen der -einzelnen Zellen verbunden -sind. Durch Stöpsel, -die man in die zwischen -den Kontaktstücken befindlichen -Löcher schiebt, -kann man die Schaltungen -vornehmen, z. B. kann man -bei 4 Zellen auf 2, 4 und -8 Volt schalten. Zu beachten -ist, daß man nicht -durch falsche Stöpselung -Kurzschluß herstellt. Bequemer ist die Verwendung -eines <span class="gesp">Pachytrops</span>, einer Einrichtung, bei der die -verschiedenen Schaltungen durch Drehen einer Walze -oder eines Rades vorgenommen werden; die Herstellung -von Kurzschluß ist ausgeschlossen. In <a href="#Fig37">Fig. 37</a> ist eine -Batterie aus 12 Elementen, wie sie von <span class="gesp">Kohl</span> in -Chemnitz in den Handel gebracht wird, abgebildet. -Die auf der Pachytropwalze schleifenden federnden -Kontaktstreifen sind mit den Polen der Elemente durch -Drähte verbunden, die durch Klemmen festgehalten<span class="pagenum" id="Page184">[184]</span> -werden, so daß man jedes einzelne Element zwecks -Besichtigung leicht aus dem Kasten heben kann.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig37"> -<p class="caption">Fig. 37.</p> -<img src="images/illo37.jpg" alt="Pachytrop" width="550" height="421" /> -</div> - -<p>Für kleine Batterien, die nur selten ganz entladen -werden, sind Faure-Platten (als positive und negative) -den Großoberflächenplatten vorzuziehen, da bei ersteren -die Selbstentladung und daher auch die Gefahr, daß -Sulfatierung eintritt, geringer ist als bei letzteren. -Zu beachten ist auch, daß die Zellen zuweilen ganz -entladen werden müssen (s. <a href="#Page132">Kap. 7</a>). Werden die Akkumulatoren -oft transportiert, so fällt leicht aktive Masse -heraus, durch die ein Kurzschluß bewirkt werden kann. -Es empfiehlt sich daher, bei solchen Zellen den Plattenabstand -reichlich groß zu wählen.</p> - -<p>Für viele Untersuchungen, z. B. über die Bewegung -der Elektrizität durch Gase, sind <span class="gesp">Hochspannungsbatterien</span><span class="pagenum" id="Page185">[185]</span> -die besten Stromquellen, weil sie bei der -geringen erforderlichen Stromstärke den Elektroden der -Röhre lange Zeit konstante Spannung zuführen. Größere -Verbreitung hat die Hochspannungsbatterie nach -<span class="nowrap"><span class="gesp">Feußner</span><a -id="FNanchor141"></a><a href="#Footnote141" class="fnanchor">[141]</a></span> gefunden. In einem auf Rollen laufenden -starken Eichenschrank befinden sich 500 kleine Elemente -mit je einer positiven und einer negativen Elektrode. -Als Glasgefäß dienen Pulverflaschen. Damit keine -Säure herauskriechen und Nebenschlüsse herstellen -kann, werden die Gläser mit einer Harzschicht luftdicht -zugegossen; für die bei der Ladung auftretenden Gase -wird ein besonderer Austrittsweg (Glasröhrchen) vorgesehen. -Die die einzelnen Gruppen (25 Elemente) -tragenden Bretter ruhen auf 4 Porzellanglocken. Zwei -Schaltleisten aus Hartgummi mit Hartgummigriffen -gestatten mit einem Handgriff Parallelschaltung der -Batterie zur Ladung mit 125 Volt oder Hintereinanderschaltung -auf 1000 Volt vorzunehmen. Die Kapazität -beträgt ca. 1 Amperstunde bei 0,1 Amp. Entladestrom.</p> - -<hr class="tb" /> - -<p>Am Schlusse dieses Kapitels sei noch hervorgehoben, -daß der Bleiakkumulator selbst ein interessantes Versuchsobjekt -ist. Es seien folgende Versuche und Arbeiten -erwähnt: Änderung der elektromot. Kraft am Anfang -und gegen Ende der Ladung und Entladung, Bestimmung -der Kapazität, Abhängigkeit der Kapazität von -der Säuredichte, Ermittelung des Wirkungsgrades und -des Nutzeffektes, Änderung der elektromot. Kraft mit -der Säuredichte und der Temperatur (s. <a href="#Page42">S. 42</a>). Bei -verschiedenen dieser Arbeiten muß eine genaue <span class="gesp">Messung<span class="pagenum" id="Page186">[186]</span> -der elektrom. Kraft</span> vorgenommen werden. -Dieser wichtigen Aufgabe sollen noch einige Worte -gewidmet werden. In den meisten Fällen erhält man -die gesuchte Größe mit hinreichender Genauigkeit, wenn -man die Klemmen des nicht belasteten Akkumulators -mit einem empfindlichen Voltmeter für kleine Spannungen -verbindet. Da aber solche Voltmeter einen Strom von -<span class="horsplit"><span class="top">1</span><span class="bottom">20</span></span>-<span -class="horsplit"><span class="top">1</span><span class="bottom">10</span></span> Amp. verbrauchen, so macht sich bei kleinen -Zellen schon die Konzentrationspolarisation bemerkbar. -Am einwandfreiesten ist die <span class="gesp">Kompensationsmethode -nach Poggendorff</span>, bei der die elektromot. Kraft -bestimmt wird, ohne -daß die Zelle Strom -abgibt. Das Prinzip -dieser Methode ist -folgendes: Es sei <i>B</i> -in <a href="#Fig38">Fig. 38</a> eine Batterie -von 2 kleinen -Akkumulatoren, -<i>W</i> ein Widerstand -von 4000 Ohm, <i>a c</i> ein Widerstand von 6000 Ohm, -<i>X</i> ein Normalelement, dessen elektromotorische Kraft -E<sub>n</sub> man genau kennt. Die Batterie gibt, wenn die -Gleichgewichtsbedingung erfüllt ist, d. h. wenn durch -den Nebenkreis <i>a X G d</i> kein Strom fließt, einen -Strom von <span class="horsplit"><span class="top">E</span><span class="bottom">10000</span></span> Amp. ab, wo E ihre elektrom. Kraft -ist. Mithin beläuft sich der Spannungsverlust in <i>a c</i> -auf <span class="horsplit"><span class="top">6000 . E</span><span class="bottom">10000</span></span> -= 0,6 . E Volt (angenähert auf 2,4 Volt). -Da auf jeden Fall die elektrom. Kraft des Normalelementes -kleiner ist als 0,6 . E, so gibt es zwischen -<i>a</i> und <i>c</i> einen Punkt <i>d</i>, so daß der dem Batteriestrom<span class="pagenum" id="Page187">[187]</span> -entsprechende Spannungsabfall von <i>a</i> bis <i>d</i> gleich E<sub>n</sub> -ist. Hat man diesen Punkt gefunden, so fließt durch das -Galvanoskop <i>G</i> kein Strom. Der Widerstand zwischen -<i>a</i> und <i>d</i> betrage W<sub>n</sub> Ohm, dann ist E<sub>n</sub> = W<sub>n</sub> . <span -class="horsplit"><span class="top">E</span><span class="bottom">10000</span></span> Volt.</p> - -<div class="figcenter" id="Fig38"> -<p class="caption">Fig. 38.</p> -<img src="images/illo38.png" alt="Schaltung" width="500" height="271" /> -</div> - -<p>Jetzt wird das Normalelement durch den Akkumulator -ersetzt, dessen elektrom. Kraft man messen -will, und man sucht wieder einen Punkt zwischen -<i>a</i> und <i>c</i> so, daß <i>G</i> stromlos ist; dieser sei <i>d′</i>. Der -Widerstand in <i>a d′</i> betrage <i>W′</i> Ohm, damit ist X = -W′ . <span class="horsplit"><span class="top">E</span><span class="bottom">10000</span></span>. -Dividiert man diese Gleichung durch die -vorige, so ergibt sich X = E<sub>n</sub> . <span class="horsplit"><span class="top">W′</span><span -class="bottom">W<sub>n</sub></span></span>.</p> - -<p>In Wirklichkeit wird <i>G</i> mit <i>C</i> verbunden und man -variiert die Potentialdifferenz zwischen <i>a</i> und <i>c</i>. Zu -diesem Zwecke ersetzt man den Widerstand <i>a c</i> durch -einen Stöpselrheostaten und ändert diesen so lange, -bis durch <i>G</i> kein Strom fließt. Selbstverständlich müssen -jetzt die vorigen Gleichungen etwas umgeändert werden.</p> - -<p>Zwischen den Punkten <i>a</i> und <i>c</i> muß ein großer -Widerstand liegen, damit es ausgeschlossen ist, daß -das Normalelement einen stärkeren Strom abgibt. Solche -Elemente dürfen nämlich nur mit ganz schwachem Strome -(etwa 0,0001 Amp.) beansprucht werden. Dadurch, daß -man auch für <i>W</i> einen Widerstand von mehreren tausend -Ohm wählt, erreicht man, daß der Spannungsabfall in -<i>a c</i> der zu messenden elektrom. Kraft nahe kommt und -daß, bevor die elektrom. Kraft E<sub>n</sub> kompensiert ist, nur -ein ganz schwacher Strom in das Element gelangen kann.</p> - -<hr class="footnote" /> - -<div class="footnote"> - -<p id="Footnote129"><a href="#FNanchor129"><span class="label">[129]</span></a> Von dem Spannungsverluste in dem Netze wird abgesehen.</p> - -<p id="Footnote130"><a href="#FNanchor130"><span class="label">[130]</span></a> -Auch ist die Klemmenspannung von der Stromdichte abhängig. -Diese Änderung wird im Folgenden der Einfachheit halber nicht -berücksichtigt.</p> - -<p id="Footnote131"><a href="#FNanchor131"><span class="label">[131]</span></a> -In Wirklichkeit ist die Zahl etwas größer, da der Spannungsverlust -in der Leitung gedeckt werden muß.</p> - -<p id="Footnote132"><a href="#FNanchor132"><span class="label">[132]</span></a> -In der schematischen <a href="#Fig34">Figur</a> ist angenommen, daß die beiden -Zellenschalter getrennte Apparate sind, so daß für jede Schaltzelle -zwei Verbindungsleitungen nötig sind. In Wirklichkeit werden die -beiden Zellenschalter zu einem Apparate vereinigt; sie haben gemeinsame -Kontaktstücke, auf denen die beiden Hebel schleifen. Man -nennt einen solchen Apparat <span class="gesp">Doppelzellenschalter</span>.</p> - -<p id="Footnote133"><a href="#FNanchor133"><span class="label">[133]</span></a> Ist die Maschine abgeschaltet, so wird durch das Voltmeter -bei der gezeichneten Stellung der Hebel die Spannung der an der -Stromlieferung beteiligten Elemente gemessen.</p> - -<p id="Footnote134"><a href="#FNanchor134"><span class="label">[134]</span></a> -Das von <span class="gesp">Peukert</span> (E. T. Z. 1907, S. 705) angegebene Verfahren -dürfte nur in vereinzelten Fällen anwendbar sein.</p> - -<p id="Footnote135"><a href="#FNanchor135"><span class="label">[135]</span></a> Mit der Frage, in welchem Umfange die Dynamo an den -Belastungsschwankungen beteiligt ist, hat sich <span class="gesp">Brandt</span> beschäftigt. -Siehe E. T. Z. 1899, S. 730.</p> - -<p id="Footnote136"><a href="#FNanchor136"><span class="label">[136]</span></a> -Nach <span class="gesp">Brandt</span> (l. c.) ist die Pufferwirkung am günstigsten, -wenn die Zellenspannung 2,07 Volt beträgt.</p> - -<p id="Footnote137"><a href="#FNanchor137"><span class="label">[137]</span></a> E. T. Z. 1906, S. 314.</p> - -<p id="Footnote138"><a href="#FNanchor138"><span class="label">[138]</span></a> -E. T. Z. 1908, S. 89 u. S. 943, ebendaselbst 1910, S. 272.</p> - -<p id="Footnote139"><a href="#FNanchor139"><span class="label">[139]</span></a> Bei diesem System werden die einzelnen Sprechstellen vom -Vermittlungsamte aus über die Anschlußleitungen mit Strom versorgt.</p> - -<p id="Footnote140"><a href="#FNanchor140"><span class="label">[140]</span></a> Näheres siehe E. T. Z. 1904, S. 838.</p> - -<p id="Footnote141"><a href="#FNanchor141"><span class="label">[141]</span></a> E. T. Z. 1899 S. 632.</p> - -</div><!--footnote--> - -<hr class="chap" /> - -<div class="wigand"> - -<p class="first u fsize80"><b>Otto Wigand, Verlagsbuchhandlung m.b.H., Leipzig</b></p> - -<p class="center fsize250"><b>RITTERS<br /> -GEOGRAPHISCH-<br /> -STATISTISCHES<br /> -LEXIKON</b></p> - -<p class="center blankbefore fsize125"><b>über die Erdteile, Länder, Meere, Häfen, Seen,<br /> -:: :: Flüsse, Inseln, Gebirge, Staaten, Städte, :: ::<br /> -Flecken, Dörfer, Bäder, Kanäle, Eisenbahnen,<br /> -:: :: :: Post- und Telegraphenämter u.s.w. :: :: ::</b></p> - -<p class="center blankbefore">Ein Nachschlagewerk über jeden geographischen Namen<br /> -der Erde von irgendwelcher Bedeutung für den Weltverkehr</p> - -<p class="center blankbefore"><b>Neunte, revidierte Auflage 1910<br /> -Zwei Halbleder-Bände M. 50.—</b></p> - -<div class="figcenter"> -<img src="images/linea189.png" alt="ornament" width="60" height="22" /> -</div> - -<p class="wigandtext">Das hinsichtlich seiner Reichhaltigkeit und Genauigkeit -nicht zu übertreffende Werk enthält in etwa 400 000 -Artikeln auf 2700 Seiten alle wichtigen geographischen -und statistischen Notizen, alle Postämter, Telegraphenämter, -Land- und Seeverbindungswege, Gerichtsbehörden, Import, -Export, Handelsstatistiken u.s.w. Es ist ein unentbehrliches -Nachschlagewerk für jeden Geographen, Statistiker, Volkswirtschaftler -und — last not least — für jeden Kaufmann.</p> - -<table class="notopbotmargin" summary="Wigand"> - -<tr> -<td rowspan="2" class="figcenter padr2"><img src="images/lineb189.png" alt="" width="50" height="27" /></td> -<td class="center"><b>Eine wertvolle, unerläßliche Ergänzung</b></td> -<td rowspan="2" class="figcenter padl2"><img src="images/lineb189.png" alt="" width="50" height="27" /></td> -</tr> - -<tr> -<td class="center"><b>zu jedem Konversations-Lexikon</b></td> -</tr> - -</table> - -</div><!--wigand--> - -<hr class="chap" /> - -<div class="adbox"> - -<p class="center fsize125 highline bbd"><b>Otto Wigand, Verlagsbuchhandlung m.b.H., Leipzig</b></p> - -<p class="center highline fsize90">Vom gleichen Verfasser erschien bei mir:</p> - -<p class="center blankbefore"><b><span class="fsize200">·DER ELEKTRISCHE STROM·</span></b><br /> -<span class="fsize125"><b>UND SEINE WICHTIGSTEN ANWENDUNGEN</b></span><br /> -<span class="fsize90">GEMEINVERSTÄNDLICHE DARSTELLUNG VON</span><br /> -<b>PROFESSOR DR. W. BERMBACH IN KÖLN</b><br /> -<span class="gesp">Dritte</span>, umgearbeitete und stark vermehrte <span class="gesp">Auflage</span></p> - -<p class="center blankbefore fsize90">38 Bogen mit 237 Abbildungen. <span class="padl3">Preis geheftet M. -7.—,</span> <span class="padl3">gebunden M. 8.50</span></p> - -<p class="noindent fsize80 blankbefore padl1 padr1 padb1"><b>Inhalt:</b> I. Arbeit und Energie. II. Magnetismus. III. Grundbegriffe der -Elektrizitätslehre. IV. Das Ohmsche Gesetz, Anwendungen desselben. V. Stromverzweigungen, -Serien- und Parallelschaltung der Stromabnehmer. VI. Stromarbeit, -Watt, Stromwärme (Joulesche Wärme). VII. Wechselwirkungen zwischen -Strömen und Magneten, Elektromagnetismus. VIII. Einwirkung zweier Ströme -aufeinander, Elektrodynamik. IX. Induktionserscheinungen. X. Wechselströme. -XI. Dynamomaschinen. XII. Elektromotoren. XIII. Transformatoren und Umformer. -XIV. Grundbegriffe der Elektrochemie, Theorie der galvanischen Elemente -und der Elektrolyse. XV. Anwendungen der Elektrochemie. XVI. Elektrizität -in Gasen. XVII. Elektrische Schwingungen und elektromagnetische Wellen, -Funkentelegraphie. XVIII. Elektromagnetische Telegraphie und Telephonie. -XIX. Elektrische Kraftübertragung und elektrische Beleuchtung. XX. Thermoelektrizität. -XXI. Elektrische Meßinstrumente. Anhang: Das absolute Maßsystem.</p> - -</div><!--adbox--> - -<div class="adbox"> - -<p class="center fsize150 highline bbd"><b>Verlag von R. Oldenbourg, München u. Berlin</b></p> - -<p class="noindent padl1 padr1 blankbefore fsize80"><span class="lefttext"><b>Die Elektrotechnik.</b></span> -(Band II der „Illustrierten Technischen Wörterbücher -in sechs Sprachen‟: Deutsch, Englisch, -Französisch, Russisch, Italienisch, Spanisch.) Bearbeitet von <b>Alfred Schlomann</b>, -Ingenieur. 2112 Seiten mit etwa 4000 Abbild. und zahlreichen Formeln, etwa -15 000 Worte in jeder der 6 Sprachen enthaltend. In Lwd. gebd. Preis M. <b>25.—</b>.</p> - -<p class="noindent padl1 padr1 fsize80"><span class="lefttext"><b>Deutscher Kalender für -Elektrotechniker.</b></span> Begründet von -<b>F. Uppenborn</b>. In neuer Bearbeitung herausgegeben von <b>G. Dettmar</b>, Generalsekretär -des Verbandes Deutscher Elektrotechniker. Zwei Teile, wovon der -erste Teil in Brieftaschenform (Leder) gebd. Erscheint alljährl. Preis M. <b>5.—</b>.</p> - -<p class="noindent padl1 padr1 fsize80"><span class="lefttext"><b>Lehrgang der Schaltungsschemata elektrischer</b></span><br /> -<span class="lefttext"><b>Starkstromanlagen.</b></span>Unter Mitwirkung seines Assistenten -Diplom-Ingenieur <b>W. Fels</b> herausgegeben -von Professor Dr. <b>J. Teichmüller</b>, Karlsruhe.</p> - -<table class="notopbotmargin fsize80" summary="Buecher"> - -<tr> -<td class="right top padl1 padr1">I.</td> -<td class="just padr1">Teil: <b>Schaltungsschemata für Gleichstromanlagen</b>. 25 lithographische -Tafeln und 103 Seiten Text. In Leinwand gebunden Preis M. <b>10.—</b>.</td> -</tr> - -<tr> -<td class="right top padl1 padr1">II.</td> -<td class="just padr1">Teil: <b>Schaltungsschemata für Wechselstromanlagen</b>. 28 lithographische -Tafeln mit 170 Seiten Text. In Leinwand gebunden Preis M. <b>12.—</b>.</td> -</tr> - -</table> - -<p class="center btd fsize110"> -<b>Ausführliche Prospekte über obige sowie andere neue elektro-<br /> -:: :: :: technische Werke stehen kostenlos zur Verfügung. :: :: ::</b></p> - -</div><!--adbox--> - -<p class="center highline2 fsize80">Druck: Otto Wigand m. b. H., Leipzig.</p> - -<hr class="chap" /> - -<div class="tnbot" id="TN"> - -<h2>Anmerkungen zur Transkription</h2> - -<p class="noindent">Die Inkonsistenzen im Originalwerk sind beibehalten worden.<br /> -Abhängig von der benutzten Hard- und Software sind möglicherweise nicht alle Elemente des Textes richtig zu sehen.<br /> -Seite 37, 2), 3) usw.: die Nummer 1) fehlt im Originalwerk.<br /> -Seite 165, Fußnote [128]: auf der Seite 165 des Originalwerkes gibt es -keine Fußnotenzeichen; das Zeichen fehlt deshalb auch in diesem Text.</p> - -<p class="noindent blankbefore"><b>Durchgeführte Änderungen und Verbesserungen</b><br /> -Klare Fehler in Rechtschreibung, Interpunktion usw. sind -stillschweigend korrigiert worden.<br /> -Einige Tabellen sind umgeordnet worden.<br /> -In chemische Formel, Prozente, usw. wurden eventuelle Leerzeichen -entfernt.</p> - -<table class="verbesserungen" summary="Verbesserungen"> - -<tr class="bb"> -<th>Seite</th> -<th>Original</th> -<th>Korrigiert</th> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 5</td> -<td>van’t Hoff</td> -<td>van ’t Hoff</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 12, Gleichung (4)</td> -<td>HSO′<sub>4</sub></td> -<td>HSO<sub>4</sub>′</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 32</td> -<td>2OH′ + 2⊕ = 2OH</td> -<td>2OH′ + 20⊕ = 2OH</td> -</tr> - -<tr> -<td rowspan="2">Seite 55</td> -<td>Umkehrung von 10</td> -<td>Umkehrung von I, 10</td> -</tr> - -<tr> -<td>Umkehrung von 9</td> -<td>Umkehrung von I, 9</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 83</td> -<td>voraufgegangenen</td> -<td>vorausgegangenen</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 119</td> -<td>heransgespült</td> -<td>herausgespült</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 141</td> -<td>Beaumé</td> -<td>Baumé</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 154</td> -<td>Deutsche Edison-Akkumulatoren-Compagny</td> -<td>Deutsche Edison-Akkumulatoren-Company</td> -</tr> - -<tr> -<td>Seite 186</td> -<td><i>a x G d</i></td> -<td><i>a X G d</i></td> -</tr> - -</table> - -</div><!--TN--> - - - - - - - - -<pre> - - - - - -End of the Project Gutenberg EBook of Die Akkumulatoren, by Willibald Bermbach - -*** END OF THIS PROJECT GUTENBERG EBOOK DIE AKKUMULATOREN *** - -***** This file should be named 51638-h.htm or 51638-h.zip ***** -This and all associated files of various formats will be found in: - http://www.gutenberg.org/5/1/6/3/51638/ - -Produced by Peter Becker, Harry Lam and the Online -Distributed Proofreading Team at http://www.pgdp.net - -Updated editions will replace the previous one--the old editions will -be renamed. - -Creating the works from print editions not protected by U.S. copyright -law means that no one owns a United States copyright in these works, -so the Foundation (and you!) can copy and distribute it in the United -States without permission and without paying copyright -royalties. 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It -exists because of the efforts of hundreds of volunteers and donations -from people in all walks of life. - -Volunteers and financial support to provide volunteers with the -assistance they need are critical to reaching Project Gutenberg-tm's -goals and ensuring that the Project Gutenberg-tm collection will -remain freely available for generations to come. In 2001, the Project -Gutenberg Literary Archive Foundation was created to provide a secure -and permanent future for Project Gutenberg-tm and future -generations. To learn more about the Project Gutenberg Literary -Archive Foundation and how your efforts and donations can help, see -Sections 3 and 4 and the Foundation information page at -www.gutenberg.org - - - -Section 3. 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Email contact links and up to -date contact information can be found at the Foundation's web site and -official page at www.gutenberg.org/contact - -For additional contact information: - - Dr. Gregory B. Newby - Chief Executive and Director - gbnewby@pglaf.org - -Section 4. Information about Donations to the Project Gutenberg -Literary Archive Foundation - -Project Gutenberg-tm depends upon and cannot survive without wide -spread public support and donations to carry out its mission of -increasing the number of public domain and licensed works that can be -freely distributed in machine readable form accessible by the widest -array of equipment including outdated equipment. Many small donations -($1 to $5,000) are particularly important to maintaining tax exempt -status with the IRS. - -The Foundation is committed to complying with the laws regulating -charities and charitable donations in all 50 states of the United -States. 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Donations are accepted in a number of other -ways including checks, online payments and credit card donations. To -donate, please visit: www.gutenberg.org/donate - -Section 5. General Information About Project Gutenberg-tm electronic works. - -Professor Michael S. Hart was the originator of the Project -Gutenberg-tm concept of a library of electronic works that could be -freely shared with anyone. For forty years, he produced and -distributed Project Gutenberg-tm eBooks with only a loose network of -volunteer support. - -Project Gutenberg-tm eBooks are often created from several printed -editions, all of which are confirmed as not protected by copyright in -the U.S. unless a copyright notice is included. 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