DE1671419C - Elektrolytische Coulometer Zelle als Bauelement für elektro nische Schaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Coulometerzell als Bauelement für elektronische Schaltungen, mit einem Elekt^rolyten und 2rwei Elektroden, die in Kontakt mit dem Elektrolyten sind, wobei das Iwaterial für die galvanisch' Abscheidung silber ist.

Elektrolytische Zellen wurden in der Vergangenheit für verschiedene Zwecke verwendet, so ist z. B. ein elektrolytischer Kondensator grundsätzlich eine elektrolytische Zelle. Darüber hinaus wurden elektrolytische Zellen als Bestandteil verschiedener Systeme zur Steuerung verwendet. Der erfindungsgemäße Elektrolyt ist besonders zur Verwendung in einer elektrolytischen Coulometer-Zelle der in der USA.-Patentschrift 3 432 814 und in der deutschen Patentanmeldung P 16 71 417.3 offenbarten Bauart geeignet.

Da die oben beschriebene elektrolytische Coulometer-Zeüc sich auf die Übertragung von Metall von einer ersten Elektrode auf eine zweite Elektrode während einer bestimmten Zeit bezieht, kann die Metallübertrag-jngsfunktiun derart gesteuert werden, daß die elektrolytische Zelle als Zeitmesser oder als Teil eines Zeitmeßsystems Verwendung findet. Eine elektrolytische Coulometer-Zelle kann z. B. als Integrator oder Integralzähler oder als Speicherwerk verwendet werden. Die elektrolytische Coulometer-Zellp kann auch zum Erhalt einer Steuerfunktion verwendet werden, da nach der Übertragung des ganzen aktiven Metalls von der ersten Elektrode auf die zweite Elektrode ein Spannungsanstieg in der Zelle erscheint. Daher kann die elektrolytische Coulometer-Zelle zur Steuerung der Arbeitsweise verschiedener Vorrichtungen, z. B. von Satelliten, beim Legen von Schallbaken, in Ferngeschossen oder Raketen verwendet werden.

Die obenerwähnte deutsche Patentanmeldung P 16 71 417.3 bezieht sich auf gewisse Verbesserungen von elektrolytischen Coulometer-Zellen und insbesondere auf eine elektrolytische Coulometer-Zelle, bei welcher ein aus einem aktiven Metall, wie z. B. Silber, bestehender Behälter als Außengehäuse der Zelle und als eine Elektrode der Zelle verwendet wird. Die Innenelektrode der Zelle besteht darüber hinaus aus einem inerten Metall, wie z. B. Gold, oder aber aus einem aktiven Metall, das aber mit einem inerten Metall, wie z. B. Gold, plattiert oder überzogen ist, so daß die Innenelektrode als inerte Elektrode wirkt. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Verbesserungen der elektrolytischen Zelle in bezug auf den Elektrolyten gerichtet, der in den eben beschriebenen

ίο elektrolytischen Coulometer-Zellen verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Elektrolyten zur Verwendung in elektrolytischen Zellen zu schaffen, der innerhalb eines großen Temperaturbereiches wirkt und die aktiven Metalle in der elektrolytischen Zelle innerhalb dieses großen Temperaturbereiches nicht angreift. Gemäß der Erfindung gelingt dies dadurch, daß der Elektrolyt ein Silbersalz in einer Lösung von Phosphorsäure oder Perchlorsäure ist. Es ist zwar bekannt. Phosphorsäure als solche als Elektrolyten zu verwen-

den. Es war jedoch nicht vorauszusehen, daß sie gerade in Verwendung mit einem Silbersalz besondere Bedeutung als Elektrolyt für die galvanische Abscheidung in dem erfindungsgemäßen Zwecke erlangen konnte.

Auf Grund seiner niedrigen elektrischen Leitfähigkeit ist i^;er Elektrolyt zur Erzeugung eines steilen Spannungsabfalles in der elektrolytischen Zelle für den Betriebsfall besonders geeignet, in dem das ganze Aktivmaterial von der einen Elektrode auf die andere übertragen worden ist. Wie oben erwähnt, wirkt der Elektrolyt innerhalb eines großen Temperaturbereiches, ohne das Aktivmetall anzugreifen, nämlich innerhalb pines Temperaturbereiches, der größer ist als —55°C bis +75⁰C.

Dieser Elektrolyt sorgt auch für eine exakte Übertragung des aktiven Metalls, so daß der auf Grund des Eingangssignals vorhandene Stromfluß der einzige Stromfluß innerhalb der elektrolytischen Zelle ist. Der Elektrolyt weist ferner eine niedere Viskosität auf, so daß man mit ihm ohne weiteres zur Herstellung der elektrolytischen Zelle arbeiten kann.

Es wird eine schwache Säure, nämlich Phosphorsäure als Teil eines Elektrolytes in einer elektrolytischen Coulometer-Zelle verwendet. Es kann auch z. B.

Perchlorsäure (HCIO₄) im Elektrolyten verwendet werden, jedoch wirkt Perchlorsäure nicht innerhalb eines so großen Temperaturbereiches wie die Phosphorsäure.

Der aus schwacher Säure hergestellte Elektrolyt weist einen verhältnismäßig niederen Arbeitsspannungsabfall in der Zelle, aber einen hohen Spannungsabfall bei der vollständigen Abtragung des aktiven Materials von der einen Elektrode und seiner Übertragung auf die andere Elektrode auf und kann lange Zeit ohne Verfall und Verschlechterung gelagert werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben, die ein Beispiel für Querschnittsansicht einer elektrolytischen Coulometer-Zelle mit einem Elektrolyten zeigt.

Die in der Zeichnung gezeigte elektrolytische Zelle weist eine erste Zuleitung 10 und eine zweite Zuleitung 12 auf. Die Zuleitungen 10 und 12 sind an einen Behälter 14 angeschlossen, der eine Innenfläche 16 und eine Außenhülle 18 aufweist. Die Innenfläche 16 besteht aus einem aktiven Material wie z. B. Silber. Die Außenhülle 18 besteht aus einem inerten Material wie z. B. keramischem Material, Glas, Stahl, Messing,

Teflon oder einem anderen beliebigen geeigneten Zuwachs des Spannungsabfalles in der elektrolytischen Werkstoff. Der aktive Teil, die Innenfläche 16 des Zelle ist für verschiedene Steuerfunktionen, wie in der Behälters 14 ist mit einer ersten Zuleitung 10 elektrisch obengenannten Parallelanmeldung beschrieben, erverbunden. Innerhalb des Behälters 14 ist ein Elektro- wünscht.

lyt 20 vorgesehen, der später eingehender beschrieben 5 Die besondere Zusammensetzung des oben beschrie-

wird. benen Elektrolyten 20 wird eine genaue Abscheidung

Die zweite Zuleitung 12 ist an die innere Elektrode 22 von Silber in Übereinstimmung mit uem Stromfluß

angeschlossen. Die innere Elektrode 22 weist einen ab- zwischen den Elektroden erreicht,

gerundeten Abschnitt 24 auf, der sich innerhalb des Da der Elektrolyt nur eine schwache korrosive Wir-

Behälters 14 erstreckt. Die innere Elektrode 22 weist io kung hat, wird Silber nur übertragen, wenn eine

ferner ein Flanschende 26 auf, das zum Stützen der Spannung an den Elektroden anliegt,

inneren Elektrode 22 innerhalb des Behälters 14 dient. Die obenerwähnte besondere Zusammensetzung des

Die innere Elektrode 22 ist auch mit einer Schicht Elektrolyten 20 weist auch eine verhältnismäßig

eines inerten Materials 28 und vorzugsweise Gold niedrige Viskosität auf, so daß bei der Herstellung der

galvanisch beschichtet oder überzogen, wenn die innere 15 elektronischen Zelle der Einsatz des Elektrolyten in

Elektrode 22 aus aktivem Metall hergestellt ist, so daß den Behälter 14 leicht vor sich geht. Die obenerwähnte

die innere Elektrode 22 als inerte Elektrode innerhalb besondere Zusammensetzung des Elektrolyten 20 liegt

der elektrolytischen Zelle arbeiten kann. sehr nahe am eutektische!! Punkt für eine Lösung aus

Das offene Ende des Behälters 14 weist eine Schultet Phosphorsäure im Wasser. Bei diesem eutektische!! 30 und eine zylindrische Wand 32 auf. Eine flexible 20 Punkt ist die Gefrie<^mperatur bzw. der Gefrierpunkt Unterlegscheibe 34 ist innerhalb des Behälters 14 der Lösung sehr tief, insbesondere —85'C. Der erangeordnet und liegt an der Schulter 30 an. Die innere findungsgemäße Elektrolyt ist daher bei sehr tiefen Elektrode 22 ist innerhalb des Behälters 14 durch die Temperaturen verwendbar. Der oben beschriebene erUnterlegscheibe 34 derart angeordnet, daß der Flansch findungsgemäße Elektrolyt wirkt insbesondere bei 26 der Elektrode 22 die Unterlegscheibe 34 gegen die 25 Temperaturen unterhalb —55 bis oberhalb +75°C.
Schulter 30 zum Erhalt einer Dichtung für den Elek- Man kann auch Perchlorsäure (HClO₄) für den Elektrolyten 20 innerhalb des Behälters 14 drückt. Eine trolyten in einer 40%igen Lösung verwenden. Bc-i zweite Unterlegscheibe 36 wird dann innerhalb des normalen Temperaturen ist die Perchlorsäure weniger zylindrischen Abschnittes 32 des Behälters 14 ange- korrosiv als die Phosphorsäure, so daß sie sogar noch bracht und dann der zylindrische Abschritt 32 — wie 30 weniger Silber als die Phosphorsäure auflöst. Andererbei 38 gezeigt — gefaltet, so daß die innere Elektrode seits wird bei hohen Tempeiraturen die Perchlorsäure innerhalb des Behälters 14 verriegelt und der Elektro- sehr korrosiv und löst das Silber sehr schnell auf, so lyt innerhalb der elektrolytischen Zelle dicht ver- daß, obwohl die Perchlorsäure für den Elektrolyten schlossen wird. Verwendung finden kann, ihr Temperaturbereich

Bevor die zweite Unterlegscheibe 36 in die zylin- 35 beschränkt ist. Daher wird Phosphorsäure als bevor-

drische Wand 32 gebracht wird, wird die Zuleitung 12 zugtes Material für den Elektrolyten 20 benutzt,

in der inneren Elektrode 22 angeordnet, wobei eine Die obenerwähnte Konzentration der Lösung der

..ylindrische Scheibe 40 am Ende der Zuleitung 12 an Phosphorsäure ist die bevorzugte Konzentration,

die Innenoberfläche der inneren Elektrode 22 durch obwohl auch andere Konzentrationen verwendet

Lötmaterial 42 angelötet wird. Weitere Einzelheiten der 40 werden können. So kann z. B. die Phosphorsäure eine

Ausbildung der in der Zeichnung gezeigten elektro- Konzentration zwischen einer 30%-Lösung und einer

lytischen Zelle sowie der Konstruktion weiterer zu 85%-Lösung von Phosphorsäure aufweisen. Der

verwendender elektrolytischer Zellen sowie der Arbeits- Silberphosphatgehalt des Elektrolyten kann ferner

weise der elektrolytischen Zellen könner der obenge- innerhalb eines Bereichs von 0,1 NAg₃PO, bis

nannten Patentanmeldung P 16 71 417.3 entnommen 45 3 NAg₃PO₄ liegen,

werden. Die jeweilige Konzentration des Silberphosphates

Der EleHrolyt 20 besteht aus einer schwachen und der Phosphorsäure hängt von dem jeweiligen

Säurelösung, die nicht sehr korrosiv oder explosiv ist Verwendungszweck der elektrolytischen Zelle ab. So

und die innerhalb eines großen Arbeitstemperatur- kann z. B. mit einer hohen Konzentration der Lösung

bereiches und zur wirksamen Übertragung des Silbers, 50 von Phosphorsäure auch eine hohe Konzentration des

ohne einen großen Teil des Silbers aufzulösen, ver- Silberphosphates erhalten werden. Die hohe Konzen-

wendbar ist. Das elektrolytische Material weist ferner trarion des Silberphosphates in der Lösung von Phos-

ejnen niederen Arbeitsspannungsabfall während der phorsäure ist manchmal zur Verwendung bei Analog-

Übertragung des Silbers und eine hohe Haltespannung Speicheranordnungen mit hoherStromdichte erwünscht,

bei der Übertragung des ganzen Silbers von der einen 55 Die niedere Konzentration des Silberphosphates kann

Elektrode auf die andere auf. zu.n Erhalt eines besseren zyklischen Arbeitsganges bei

Der Elektrolyt kann insbesondere aus einem norma- niederen Temperaturen und niederen Strömen verlen Silberphosphat (INAg₃PO₄) in einer 62%igen wendet werden. Diese niedere Konzentration des SiI-Lösung von Phosphorsäure (H₃PO₄) bestehen. Diese berphosphates erleichtert das Abstreifen des Silbers besondere Zusammensetzung gewährleistet einen sehr 60 an der Elektrode, so daß eine größere Genauigkeit bei großen Arbeitstemperaturbereich für die elektroly- Verwendung für niedrige Ströme erzielt werden kann, tische Zelle. Durch die Phosphorsäure wird eine Die niedere Konzentration der Lösung der Phosphorniedrige elektrische Leitfähigkeit gewährleistet, wenn säure gewährleistet ferner den Erhalt eines Elektrolyten das ganze Silber von der einen Elektrode auf die andere mit geringer Viskosität, so daß man mit diesem Elektrode übertragen worden ist, so daß eine hohe 65 Elektrolyten leichter bei der Herstellung der elektro-Sperrspannwig in der elektrolytischen Zelle ergibt. Der lytischen Zdlen arbeiten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrolytische Coulometerzelle als Bauelement für elektronische Schaltungen, mit einem Elektrolyten und zwei Elektroden, die in Kontakt mit dem Elektrolyten sind, wobei das Material für die galvanische Abscheidung Silber ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Silbersalz in einer Lösung von Phosphorsäure (H₃PO₄) oder Perchlorsäure (HClO₁) ist.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode mit Gold beschichtet ist.

3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Silberphosphat in einer Lösung von Phosphorsäure ist, wobei die Konzentration des Silberphosphats zwischen 0,1 und 3, vorzugsweise 1 N liegt und die Konzentration der Phosphorsäure zwischen 30 und 85, vorzugsweise 62% beträgt.

4. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt 40%ige Perchlorsäure enthält.