Verdünnte Schwefelsäure hat folgende wertvolle Eigenschaften: 1. sie leitet den elektrischen Strom sehr gut (natürlich im Vergleich zu anderen Elektrolyten), 2. sie verändert sich an der Luft nicht, 3. sie bleibt in dem Gefäße, in dem sie sich befindet, sie kriecht nicht, wie es viele andere Lösungen tun, an den Wänden langsam empor. Will man an der Verwendung der verdünnten Schwefelsäure für einen Sammler festhalten, so hat man unter den Metallen keine große Wahl, da sich die meisten bezw. ihre Oxyde in diesem Elektrolyten lösen.
Beachtung verdient hier vor allem das Kupferoxyd-Zink-Element (Lalande, Edison, Wedekind), das als Vorläufer des Edison-Akkumulators bezeichnet werden kann. Als Elektrolyt dient Natron- oder Kalilauge. Das Kupferoxyd verliert während der Entladung seinen Sauerstoff, das Zink geht als Zinkhydroxyd in Lösung. Das entstandene poröse und schwammige Kupfer nimmt an der Luft, besonders wenn es erhitzt wird, Sauerstoff auf.
Wir wenden uns jetzt zu dem Hauptgegenstande dieses Kapitels, nämlich zu dem Edison-Akkumulator. Darrieus[115] beschäftigte sich vor etwa 18 Jahren schon mit der Herstellung eines Akkumulators, bei dem an Stelle des schweren Bleies andere Metalle und als Elektrolyt Kali- oder Natronlauge benutzt werden sollten. Unter den Metallen, die er aufzählt, befinden sich auch Eisen, Nickel, Kadmium. Im Jahre 1899 wurde dem Schweden Jungner ein Patent erteilt, das sich auf einen alkalischen Akkumulator mit Silber- und Kupferelektroden bezieht. Die Versuche erstreckten sich aber auch auf Eisen, Nickel und Kadmium. Es sind etwas mehr als 8 Jahre her, als Dr. Kenelly die Aufmerksamkeit der ganzen Welt auf eine neue Erfindung Edisons lenkte, nämlich auf ein Element, das nach den Nachrichten, die zu uns gelangten, berufen zu sein schien, dem biederen Bleiakkumulator den Todesstoß zu versetzen. Die ersten Zellen, die D-Zellen, kamen i. J. 1903 nach Europa. Aber sie wurden schon nach kurzer Zeit vom Markte zurückgezogen. Später wurde die Fabrikation der H-Zellen in großem Maßstabe aufgenommen, auch in Berlin (Deutsche Edison-Akkumulatoren-Company). Diese wird im Folgenden ausführlich besprochen werden.
Edison hatte sich die Aufgabe gestellt, einen Akkumulator herzustellen, der nicht nur pro Wattstunde ein geringeres Gewicht als der Bleiakkumulator haben sollte, sondern auch gegen schlechte Behandlung unempfindlich sein sollte. Inwiefern es Edison gelungen ist, dieses Ziel zu erreichen, werden wir später sehen.
Vorgänge in der Edison-Zelle. Die wirksame Masse der positiven Elektrode besteht aus Nickelhydroxyd, Ni(OH)2, dem etwa 20% eines flockigen Graphits zugesetzt werden. Der Graphitzusatz bewirkt nicht nur eine Verbesserung der Leitfähigkeit der aktiven Masse, sondern er verhindert auch ein Aufschwemmen der Masse bei der Ladung; in erster Linie aber soll seine Bedeutung darin liegen, daß er trotz der starken Pressung der Masse (s. [unten]) eine gewisse Porosität gewährleistet. Als negatives Elektrodenmaterial wird Eisenhydroxyd verwendet, dem ca. 10% Quecksilberoxyd beigemischt werden. Letzteres dient dazu, die Leitfähigkeit der Masse zu verbessern, und soll dazu beitragen, die Zelle gegen starke Stromstöße unempfindlich zu machen. Welche Vorgänge sich in der Zelle bei Stromdurchgang abspielen, steht noch nicht mit Sicherheit fest. Nach Elbs[116] wird das Eisenhydroxyd durch Wasserstoff zu Eisen reduziert, während Nickelhydroxyd durch OH (hervorgegangen aus OH-Ionen) auf eine höhere Oxydationsstufe gebracht wird. Die Vorgänge, die sich bei der Ladung und Entladung abspielen, kann man durch die Gleichung darstellen:
Fe(OH)2 + 2Ni(OH)2 ⇄ Fe + 2Ni(OH)3.
Der Effekt ist also ein solcher, als ob bei der Ladung zwei OH von der negativen zur positiven Elektrode wanderten, und umgekehrt bei der Entladung. Elbs fand auch, daß die elektromotorische Kraft von der Konzentration der Lauge abhängig ist. Nach der obigen Reaktionsgleichung ist die Kalilauge (21%) an dem chemischen Umsatze nicht beteiligt. Förster[117] wies aber nach, daß die Kalilauge nach der Entladung weniger Wasser enthält als am Ende der Ladung. Es scheint demnach, als ob die vorige Gleichung die Vorgänge nicht genau wiedergäbe. (Möglich wäre es allerdings, daß Wasserstoff und Sauerstoff von dem Elektrodenmaterial absorbiert werden.)
J. Zedner hat unter Leitung von Prof. Dolezalek[118] Untersuchungen über den Eisen-Nickel-Akkumulator angestellt. Er fand, daß die positive Elektrode im geladenen Zustande Ni(OH)3, im entladenen Zustande Ni(OH)2.2H2O enthält. Während der Entladung wird also dem Elektrolyten Wasser entzogen. Dem entsprechend müßte die elektromot. Kraft von der Konzentration der Lauge abhängig sein, was auch in der Tat der Fall ist. Die Entladung erfolgt in zwei Stufen; zuerst wird das Nickelhydroxyd in Hydroxydul umgewandelt; die zweite Stufe beruht auf der Verbindung des Sauerstoffs mit Wasserstoff, der während des Ladens von der wirksamen Masse und zwar zumeist von dem ihr beigemischten Graphit eingeschlossen wurde.
Roloff[119] ist der Ansicht, daß außer der von Elbs angegebenen Reaktion noch eine andere stattfindet, wie der stufenweise erfolgende Abfall des Potentials der Eisenelektrode beweise. Das Ni(OH)2, das auf den entladenen Platten ist, hat keine grüne Farbe. Er fand, daß Ni(OH)2 schwarz wird, wenn es Wasser addiert, z. B. ist das Hydrat Ni(OH)2.2H2O schwarz.
Nach der Reaktionsgleichung kommen auf 1 Atom Eisen, das oxydiert wird, 2 Atome Nickel, die an dem Umsatze beteiligt sind; dem entsprechend ist bei Edison die Zahl der Nickelektroden eine doppelt so große wie diejenige der Eisenelektroden.