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Verfahren zum Betriebe von intermittierend belasteten Trockenzellen
des Leclanche-Types Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von intermittierend
belasteten Trokkenzellen des Leclanche-Types unter Verwendung von dem Nutzstrom
entgegengesetzt fließenden Strömen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, verbrauchte
Zellen des Leclanche-Types dadurch zu regenerieren, daß- man durch diese praktisch
völlig erschöpften Zellen einen Ladestrom hindurrhschickt bei Ladespannungen, welche
höher sind als die eigene Spannung des Elements, und mithin bei vergleichsweise
großen Ladestromstärken. Hierbei findet zwar eine teilweise Depolarisierung der
Zelle statt sowie auch eine Erhöhung ihrer Spannung auf einen brauchbaren Wert.
Diese Verbesserung hält jedoch nur für eine kurze Zeit vor, wenn die Zelle wieder
in normaler Weise entladen wird. Die nutzbare Lebensdauer einer Zelle kann auf diese
Art nur um einen geringen Grad erhöht werden.
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Es wurde nun gefunden, .daß. die Lebensdauen von Trockenzellen des
Leclan.che-Typ.es dann durch Wiederaufladen erheblich gesteigert werden kann, und
zwar in vielen Fällen -um, einige hundert Prozent, wenn man erfindungsgemäß den
in umgekehrter Richtung fließenden Strom in dien Ruhepausen, und zwar bereits nach
Abgabe eines nur geringen Bruchteiles der verfügbaren Nutzleistung, in solcher Stärke
durch die Zelle hindurchsehickt, daß die Zellenspannung innerhalb enger Grenzen
aufrechterhalten bleibt.
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Das neue Verfahren unterscheidet sich von den bekannten Verfahren
in zwei Punkten wesentlich. Einmal wird der Ladestrom bereits dann durch die Zelle
geschickt, wenn diese nur einen geringen Bruchteil ihrer nutzbaren Energie abgegeben
hat. Ferner wird Bier Ladestrom so schwach gewählt, und zwar sowohl hinsichtlich
seiner Momnentanstärke als auch hinsichtlich der Gesamtenergie (gemessen in Ampere-Stunden),
daß der Elektrolyt nicht aus -,der Zelle herausgetrieben oder die Zelle auf andere
Weisiu zerstört wird.
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Da erfindungsgemäß die Zelle nicht erst aufgeladen wird, wenn sie,
nahezu erschöpft ist, findet vorliegendes Verfahren besonders bei solchen Zellen
Anwendung, welche für eine intermittierende Stroma bgab2 bestimmt sind, was übrigens
wohl für die meisten im Gebrauch befindlichen galvanischen Trokkenzell,en der Fall
sein dürfte. Das neuie Verfahren ist aber nicht ,auf solche Zellen allein 'beschränkt.
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Der Ladestrom kann nach der :ersten Entladungsperiode
durch
die Zelle geschickt werden, oder man kann damit warten, bis eine größere Anzahl
von stattgefunden hat; wesentlich ist nur, daß man darauf achtet, daß die bis zum,
Zeitpunkt der Ladung abgegeben-- G,esarntenergiem@engc nur ein geringer Bruchteil
jener Energiemenge ist, welche die Zelle insgesamt bei normaler Entladung bis zu
ihrer Erschöpfung liefern kann.
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Die Klemmspannung einer frischen Trokkenzelle bei Entladung über einen
großen Widerstand beträgt gewöhnlich 1,5 Volt, und die Zelle wird so lange für brauchbar
angesehen, als die Spannung bei einer solchen Entladung nicht unter einen Wert zwischen
o,9 und i ,i Volt gesunken äst, je nach der Art der Verwendung. Die Wiedcraufladung
der Zelle durch entgegengesetzt gerichteten Strom kann hinausgeschoben werden,_bis
die Spannung auf etwa 1,25 Volt gesunken ist; in vielen Fällen ist es jedoch vorzuziehen,
die Ladung der Zelle vorzunehmen, wenn ihre Spannung nicht wesentlich unter den
Anfangswert gesunken ist.
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Die höchst zulässige Ladestromstärke hängt von der Größe der Zelle
ab: und, ist erheblich geringer als die höchst zulässige Entladestromstärke für
dieselbe Zelle. Eine zylindrische Zelle von :etwa 6,4 cm, Höhe und 3,2 cm Durchmesser,
wie säe oft für Blinklichter und Radiozwecke benutzt wird, kann. im ersteren. Falle
intermittienend bis zu r/". Ampere entladen werden, wobei die bei eigner derartigen
Betriebsweisse gelieferten Amperestunden geringer sind, .als wenn die einzelnen
Entladungsstromstärken niedriger wären. Ein Ladestrom von 1/_i Ampere würde zerstörend
wirken, wenn man damit solche Zellen während einer längeren Zeit laden wollte, und
selbst eine Ladestromstärke: von 5oo Miniampere verursacht oft ,ein Heraustreiben
des Elektrolyten infolge der zu raschem Gasentwicklung im Innern der Zelle. Der
Ladestrom sollte vielmehr bei Zellen obiger Größe vorzugsweise io MilIiampere nicht
übersteägen, wenn auch etwas stärkere Ladeströme verwendet werden könnten, besonders,
wenn die Zeitdauer ihrer Einwirkung nicht zu lang gewählt wird. , Die Ladestrommenge
(Ampere-Stunden) sollte in richtigem Verhältnis zur Entladestrommenge stehen, welche
vorher abgegeben worden ist. Ein mäßiger überschuß der LadP-strommenge, z. B. io
bis iooo/Q, ist vorzuziehen, wenn der Ladestrom augenscheinlich keine wirksame Erhöhung
der Zellenkapazität verursacht. Eine starke Erhöhung des Nutzeffektes kann jedoch
erzielt werden, wenn die Ladestrommenge geringer ist als di.° vorangegangene Entlad:estrommenge.
Ein zu gro-Per überschuß der Ladestrommenge verursacht eine Wasserzersetzung in
der Zelle und in extremen Fällen ein Herausschleudern des Elektrolyten.
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Bei größeren Zellen, wie z. B. bei gewöhn-, lichen 15 cm hohen Zündbatteriezellen,
kann der Ladestrom entsprechend erhöht werden, wenn auch die geringsten angegebienen
Beträge auch in diesem Falle vorgezogen werden. Mit Erfolg .wurde bei solchen Zellen
eine Ladestromstärke von 125 Milliampere verwendet. Die Entlade- bzw. Ladestroimmengen
können etwa in demselben Verhältnis stehen, wie es für die kleineren Zellen angegeben
wurde. Dieses Verhältnis zwischen Ladestrommenge und Entladungss@trommenge soll
nach den bisherigen Erfahrungen bei sehr geringer Entladung (wie es z. B. bei Radiobatterien
der Fall ist) größer gewählt werden, als wenn die Entladung stärker ist.
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In der beiliegenden Zeichnung sind Kurven dargestellt, aus welchen
die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Trockenbatterien ersichtlich ist, die gemäß
dem vorliegenden Verfahren behandelt wurden..
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Abb. i entspricht dem Durchschnitt der Versuchsergebnisse von 3o Zellen.
Auf d--r Ordinate ist die Klemmspannung in Volt (also bei geschlossener Batterie)
und auf der Abszisse die gesamte Entladungsdauer in Stunden aufgetragen. Die Kontrollbatterien
wurden über einen Widerstand von 1666 Ohm täglich vier Stunden lang entladen, so
daß sie sich während der übrigen 2o Stunden erholen konnten; die tiefer liegende
Kurve gibt die Klemmspannungen bei geschlossenem Stromkreis zu Ende einer jeden
Entladungsperiode an. Die Batterien erreichten eine mittlere Endspannung von 34
Volt nach etwa 275 Stunden einer derartigen int,.rmittierenden Entladung. Die ü:bere
Kurve von Abb. i bezieht sich auf ,ähnliche Batterien, die in gleicher Weise entladen,
,aber stets in den Zwischenpausen mit einer Stromstärke von 8,8 Milliampere wieder
aufgeladen wurden. Nach mehr als goo Stunden Entladungszeit zeigten die Batterien
eine mittlere Spannung von nahezu 38 Volt.
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In Ab:b. 2 sind jähnliche Kurven für 15 cm hohe Zündbatteriezellen
dargestellt. Diese Zellen wurden zeit konstanter Stromstärke von o,25 Ampere während
sieben Stunden täglich entladen. Die nach vorliegender Erfindung behandelten Zellen
wurden während der Zwischenpausen von 17 Stunden täglich einer Ladung mit o, I 2
Ampere Stromstärke unterworfen; die Vergleichszellen dagegen blieben während dieser
17 Stunden im offenen Zustande. Letztere erreichten eine mittlere Endspannung
von o, g Volt nach etwa 75 Stunden Entladungsdauer, während erstere diesen
Wert
erst nach mehr als 1250 Stunden im Mittel erreichten. Es sei biem,rkt, daß unter
den besonderen Versuchsbedingungen die nach der Erfindung behandelten Zellen während
der ersten Behandlungszeit einc etwas größere Spannung zeigten, als sie ursprünglich
aufwiesen.
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In vielen Fällen ist es vorzuziehen, die Ladung der Zellen während
der ganzen Zeitdauer zwischen den Entladungen vorzun@hmen, wie es in obigem Beispiel
geschehen ist. Dies geschieht gewöhnlich von Hand oder vermittels automatischer
Schalter, durch welche gleichzeitig die Zell, n von dem Nutzstromkreis abgeschaltet
und mit der Ladestromquelle verbunden werden und umgekehrt. Die Erfindung ist aber
nicht auf ein derartiges Verfahren beschränkt. Das gewünschte Ergebnis kann oft
auch dadurch erzielt werden, daß man die Ladung nur in einem kleinen Bruchteil jener
Zeit vornimmt, während welcher die Zellen nicht entladen werden: Die Erfindung ist
besonders anwendbar auf Heiz- oder Gitterbatterien für Radio-Vakuumröhren. Wird
bei dies=en keine Batterie verwendet, sondern die Rühre direkt an die Netzspannung
gele=gt, so braucht man notwendigerweise Filter- und Spannungsreguliervorrichtungen,
auch d=ann, wenn die Netzspannung Gleichstrom liefert. Im Falle von Wechselstrom
sind noch viel kompliziertere und teurere Apparate notwendig. Bei Verwendung der
vorliegeRden Erfindung dagegen kann der Ladestrom Gleichstrom oder gleichgerichteter
Wechselstrom sein, ohne d'aß Filter oder besondere Spannu!ngs-Reguliervorrichtungen
notwend=ig wären. Geg=enüber d.-r Verwendung von Akkumulatoren mit ihren Ladevorrichtungen
bietet vorliegende Erfindung die Vorteile der Tro=ckenbatterie, bei welcher weder
eine besondere Wartung notwendig noch der Austritt .ätzender Flüssigkeiten zu befürchten
ist und welche ein verbältnism.äßig geringes Gewicht aufweist.