DE1596179C2

DE1596179C2 - Vorrichtung zur direkten Erzeugung von Elektrizität

Info

Publication number: DE1596179C2
Application number: DE1596179A
Authority: DE
Inventors: Masaki Yokohama Hirashima (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1965-09-07
Filing date: 1966-09-05
Publication date: 1980-04-10
Also published as: NL6612491A; DE1596179B2; DE1596179A1; US3634141A; JPS543356B1; GB1123898A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur direkten Erzeugung von Elektrizität mit einem auf Temperaturen oberhalb 100° C gehaltenen Rohr aus natriumoxidhaltigem Glas, das auf der Innen- bzw. Außenwand mit Metallelektroden belegt ist. 5^r>

Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt (AT-PS 27 743), die zum Erzeugen von elektrischer Energie aus Kohle und gasförmigen Brennstoffen dient. Die Vorrichtung geht davon aus, daß Kohlenoxidgas und Luft bzw. Sauerstoff, die auf beiden Seiten eines festen 4» sauerstoffhaltigen Elektrolyten wirken, eine elektromotorische Kraft hervorrufen, die gleich der Bildungsenergie von Kohlensäure aus Kohlenoxid und Luft bzw. Sauerstoff ist und einen Strom liefern kann. Als fester sauerstoffhaltiger Elektrolyt wird erwärmtes Glas -r> verwendet. Die Vorrichtung weist hierfür eine Kammer auf, durch die heißes Generatorgas hindurchströmt. Durch diese Gaskammer sind untereinander parallele Glasröhren hindurchgezogen, die ihrerseits von Luft durchströmt werden. Die Glasrohre sind innen und ¹M außen platiniert oder mit anderen Edelmetallen hauchdünn überzogen. Die inneren und äußeren Metallelektroden, mit denen das Glas auf diese Weise belegt ist, sind miteinander in metallisch leitender Verbindung. Die auf diese Weise in zwei Gruppen y> zusammengefaßten Metallbelegungen sind mit Ableitungsdrähten versehen, die den Strom in den äußeren Stromkreis leiten. Der Apparat arbeitet auf einer Temperatur von ca. 440° C. Beim Betrieb des Elementes wandern Alkalimetallionen von der Außenseite zur wi Innenseite der Rohre, womit eine langsame Veränderung des Glases einhergeht, das auf der Außenseite saurer, auf der Innenseite basischer wird.

Auch ist es schon bekannt (»Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie«, 8. Auflage, Berlin 1938, Seite &^r> 100), Caesium als Elektrodenmaterial zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer äußerst einfachen Vorrichtung eine verhältnismäßig große

elektromotorische Kraft zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Rohr abgeschlossen und mit Caesium- oder Natriumdampf gefüllt ist, der durch die Innenelektrode hindurch mit der Glasoberfläche des Rohres in Kontakt steht

Mit einer derartigen Vorrichtung läßt sich eine große elektromotorische Kraft erzielen, obwohl es sich um eine äußerst einfache Apparatur handelt

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen ist eine beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung zur direkten Erzeugung von Elektrizität dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung und

F i g. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung.

Ein Rohr 1 besteht aus Glas, das im Vergleich zu gewöhnlichen Glassorten eine verhältnismäßig große Menge Natriumoxid (Na₂O) enthält Die Innenwand des Rohrs 1 ist mit einer Innenelektrode 2 belegt die aus einem niedergeschlagenen dünnen Platin- oder Goldfilm besteht. Mit der Innenelektrode 2 ist ein beispielsweise aus Platin bestehender Anschlußdraht 3 verbunden, der aus dem Rohr 1 herausgeführt ist

Auf der Außenwand des Rohrs ist gegenüber der Innenelektrode 2 eine Außenelektrode 4 angebracht Die Außenelektrode 4 kann aus einem aufgeklebten Platin- oder Silberfilm bestehen. Wahlweise kann die Außenelektrode 4 auch aus einem Film von anderen Metallen bestehen.

Das Rohr 1 ist mit einem Nebenrohr 5 verbunden, in dem sich eine Caesiumdampfquelle 6 befindet. Als Caesiumdampfquelle 6 kann beispielsweise ein Gemisch aus Caesiumchromat und einer entsprechenden Menge Reduktionsmittel, wie Zirkon, Silizium oder Aluminium, verwendet werden. Das Gemisch ist gewöhnlich in einer Nickelkapsel eingeschlossen. Nach dem Evakuieren des Rohres 1 mit einer Vakuumpumpe wird die Kapsel mit der Caesiumdampfquelle von außen durch Induktionsheizung oder andere geeignete Verfahren erhitzt Dabei wird das Caesiumchromat durch das Reduktionsmittel reduziert und hierbei Caesiumdampf entwickelt Nachdem auf diese Weise das Rohr 1 mit Caesiumdampf gefüllt ist, wird das Nebenrohr 5 vom Rohr 1 abgetrennt, das Rohr 1 von der Vakuumpumpe abgenommen und schließlich verschlossen.

Die auf diese Weise erhaltene Vorrichtung nach F i g. 1 arbeitet als eine Art galvanisches Element: Wird eine Verbindung zwischen Innenelektrode 2 und Außenelektrode 4 hergestellt, so fließt ein elektrischer Strom, der durch ein Meßinstrument 7 gemessen werden kann.

Die F i g. 2 zeigt eine an der Vorrichtung nach F i g. 1 bei 240° C durchgeführte Messung, bei der der Kurzschlußstrom in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist Man erkennt daß der Kurzschlußstrom nach einiger Zeit stark abfällt Das beruht darauf, daß die EMK nach Verbrauch des Caesiums auf einige Zehntel Volt absinkt. Die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet also nur so lange als galvanisches Element wie die Caesiumzufuhr ausreicht

Der Kurzschlußstrom läßt sich wesentlich erhöhen, indem man die Wandstärke der Glaswand des Rohres 1 verringert und den Natriumoxidgehalt des Glases möglichst groß macht Er läßt sich ferner durch Vergrößern der Fläche der Innenelektrode 2 bzw. der

Außenelektrode 4 erhöhen. Schließlich kann der Kurzschlußstrom auch noch durch Erhöhung der Glastemperatur beträchtlich erhöht werden. Eine solche Temperaturerhöhung bewirkt jedoch gleichzeitig einen gesteigerten Caesiumverbrauch und somit eine verkürzte Lebensdauer der Vorrichtung.

Einige Faktoren, die die EMK beeinflussen, sollen im folgenden anhand von experimentellen Ergebnissen näher erläutert werden.

In Tabelle 1 sind in Abhängigkeit von der Temperatur des Rohres 1 die EMK-Werte aufgetragen, die bei Verwendung eines Platinfilms bzw. eines Silberfilms als Außenelektrode 4 erhalten werden.

Tabelle 1

Die Ursache für dieses Ergebnis ist bis jetzt noch nicht geklärt.

In diesem Zusammenhang ist von Interesse, ob eine

EMK auch in einem mit Caesiumdampf gefüllten

■3 Borosilikat-Glasrohr erzeugt wird. Es wurde deshalb ein Versuch mit einem Borosilikat-Glasrohr durchgeführt, das etwa 4% Natriumoxid und etwa 0,5% Kaliumoxid enthält. Tabelle 3 läßt erkennen, daß die Erzeugung einer EMK auch bei Verwendung dieser Glassorte für

ι» das Rohr 1 möglich ist.

r>

Temperatur
des Rohres

Platinfilm als
Außenelektrode

EMK

Silberfilm als
Außenelektrode

Unterschied

3,04 V
3,09 V
3,14 V

2,80 V
2,78 V
2,74 V

0,24 V
0,31 V
0,40 V

Der sich ergebende Unterschied ist der Tabelle ebenfalls zu entnehmen.

Es ist bekannt, daß Caesium leicht mit Gold reagiert, wobei eine halbleitende Verbindung CsAu gebildet wird, jo Falls nun als Innenelektrode 2 ein Goldfilm verwendet wird, kann es zu einem Abbau der Caesiumdampffüllung im Rohr 1 unter Bildung von CsAu kommen. Es würde dann keine EMK erzeugt In der Praxis wurde das jedoch nicht beobachtet, wie sich aus der folgenden r> Tabelle 2 ergibt:

■III

Tabelle 2	Cs-A tome	Bemerkungen
Au-Atome:
3,27 :1	EMK	Die Innen- und
Zeit	bei 200⁰C	Außenelektroden
	2,406 V	waren kurzge
1 Stunde		schlossen


	1365 V
6 Stunden	1,719 V
70 Stunden	0,696 V
95 Stunden

^r)0

Tabelle 3 Borosilikatglas	EMK
Temperatur des Rohres	2,38 V 2,44 V
200° C 180° C

Oben wurde die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung nach F i g. 1 für den Fall beschrieben, daß das Rohr 1 Caesiumdampf enthält und aus Glas besteht, das eine verhältnismäßig große Menge Natriumoxid enthält. Es wurde aber experimentell festgestellt, daß ein ähnliches Ergebnis auch mit einem Glasrohr erreicht werden kann, das anstelle von Caesium mit Natrium gefüllt ist.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird als Innenelektrode 2 ein kontinuierlicher Metallfilm verwendet. Der Film muß so dünn sein, daß der eingebrachte Dampf, wie Caesiumdampf, durch den Film hindurchdringen und darunterliegende Glasoberfläche erreichen kann. Verwendet man eine Innenelektrode in Form eines Netzes oder einer Spirale, so kann der das Rohr 1 füllende Dampf, z. B. der Caesiumdampf, leicht an die Glasoberfläche gelangen, so daß dann die Dicke der Innenelektrode 2 keinen Einfluß mehr hat.

Anstelle des Glases kann auch Quarz verwendet werden, falls nur die erzeugte EMK ausgenützt werden soll.

Die Caesiumatome werden an der Innenwand des Glasrohres adsorbiert und bilden somit in einfacher Weise eine monoatomare Schicht geringen Widerstandswertes, so daß auch diese.Schicht als Innenelektrode 2 verwendet werden kann.

Man erhält somit eine Vorrichtung zur direkten Erzeugung von Elektrizität, bei der sich eine große EMK mit einer äußerst einfachen Apparatur erzeugen läßt.

Hierzu I BIaIt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur direkten Erzeugung von Elektrizität mit einem auf Temperaturen oberhalb ·> 100° C gehaltenen Rohr aus natriumoxidhaltigem Glas, das auf der Innen- bzw. Außenwand mit Metallelektroden belegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) abgeschlossen und mit Caesium- oder Natriumdampf gefüllt ist, der durch die Innenelektrode (2) hindurch mit der Glasoberfläche des Rohres (1) in Kontakt steht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem abgeschlossenen Rohr (1) angebrachte Innenelektrode (2) aus einem dünnen kontinuierlichen Film besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem abgeschlossenen Rohr (1) angebrachte Innenelektrode (2) porös ist

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem abgeschlossenen Rohr angebrachte Innenelektrode (2) aus einer Atomschicht besteht, die durch Absorption des in das Rohr (1) eingebrachten aktiven Dampfes an der Innenwand des Rohres gebildet ist.