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.