DE2449278A1 - DEVICE FOR CONTROLLING LIGHT TRANSMISSION OR REFLECTION - Google Patents
DEVICE FOR CONTROLLING LIGHT TRANSMISSION OR REFLECTIONInfo
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Description
PATEMTANWALTSBÜR OPATEMENTAL OFFICE O
TEL. (089) 53 96 53-56 TELEX: 524 845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent MünchenTEL. (089) 53 96 53-56 TELEX: 524 845 tipat CABLE ADDRESS: Germaniapatent Munich
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Bavariaring 4Bavariaring 4
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IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LII-IITED London, GroßbritannienIMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LII-IITED London, Great Britain
Vorrichtung zur Steuerung von LichttransmissionDevice for controlling light transmission
oder -reflexionor reflection
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Steuerung von Lichttransmission oder -reflexion wie insbesondere Sichteinrichtungen oder Schautafeln.The invention relates to devices for controlling light transmission or reflection such as in particular Viewing devices or display boards.
In der GB-PS 1 314 049 der Anmelderin werden Vorrichtungen zur Steuerung von Lichttransmission oder -reflexion beschrieben, die eine Arbeitselektrode mit Strahlungstransmissions- oder -reflexionseigenschaften umfassen sowie ein mit der Arbeitselektrodenoberfläche in Kontakt befindliches aktives .Material, das eine N-(p-cyanophenyl)-substituierte bicyclische Verbindung mit zwei Stickstoff enthaltenden Ringen aufweist und e'ine Gegenelektrode, die ebenfalls mit dem aktiven Material in Berührung und inBezug auf die Arbeitselektrode derart angeordnet ist, daßIn the applicant's GB-PS 1 314 049 devices for controlling light transmission or reflection described, which has a working electrode with radiation transmission or reflective properties as well as one in contact with the working electrode surface Located active .Material that has an N- (p-cyanophenyl) -substituted has bicyclic compound with two nitrogen-containing rings and e'a counter electrode, the also in contact with the active material and arranged with respect to the working electrode such that
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der Durchgang von Strahlung durch die Vorrichtung durch an der Gegenelektrode auftretende Reaktionen nicht wesentlich beeinflußt wird. Im Rahmen dieser Anmeldung soll die Angabe "durch die Vorrichtung" den Fall umfassen, bei dem die Strahlung partiell oder vollständig durch die Arbeitselektrodenoberfläche reflektiert wird.the passage of radiation through the device due to reactions occurring at the counter electrode is not significantly affected. In the context of this application, the phrase "through the device" is intended to denote the Include the case where the radiation is partially or fully reflected by the working electrode surface will.
Die N-(p-cyanophenyl)-Verbindung wird in der Vorrichtung reversibel zu einer Radikalform elektrolytisch reduziert, die gegenüber der Ausgangsform unterschiedlich gefärbt ist.The N- (p-cyanophenyl) compound is in the device reversibly electrolytically reduced to a radical form which differs from the original form is colored.
Gemäß der Erfindung wird nun eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung von Lichtreflexion oder -transmission vorgesehen, die eine Arbeitselektrode mit Strahlungstransmissions- oder -reflexionseigenschaften umfaßt sowie ein aktives Material mit einer N-arylsubstituierten bicyclischen Verbindung mit einem positiven Halbwellenpotential (gegenüber der Normalwasserstoffelektrode) in Kontakt mit der Arbeitselektrode und eine Gegenelektrode, die ebenfalls mit dem aktiven Material in Berührung ist.According to the invention there is now an improved apparatus for controlling light reflection or transmission provided, which has a working electrode with radiation transmission or reflective properties and an active material having an N-aryl substituted bicyclic Connection with a positive half-wave potential (compared to the normal hydrogen electrode) in contact with the Working electrode and a counter electrode, which is also in contact with the active material.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird eine Sichteinrichtung vorgesehen, die eine Mehrzahl von Arbeitselektroden umfaßt, welche derart angeordnet sind,According to a preferred embodiment of the invention a viewing device is provided which comprises a plurality of working electrodes which are arranged in such a way that
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daß durch Abscheidung von reduzierter N-Arylverbindung auf einem vorgewählten Muster der besagten Elektroden ein Muster wie beispielsweise eine Zahl oder ein Buchstabe entweder durch erhöhte Lichtabsorption durch eine transparente oder durchscheinende Arbeitselektrode oder vermindertes Reflexionsvermögen einer strahlungreflektierenden Arbeitselektrode sichtbar wird.that by deposition of reduced N-aryl compound a pattern such as a number or a letter on a preselected pattern of said electrodes either through increased light absorption through a transparent or translucent working electrode or reduced reflectivity of a radiation-reflecting working electrode becomes visible.
Jede der Arbeitselektroden kann mit einer gesonderten Gegenelektrode versehen sein, obgleich dies nicht wesentlich ist, da eine einzelne Gegenelektrode beispielsweise in Form eines eine Anzahl von Elektroden umgebenden Drahtes völlig ausreichend sein kann. Eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit auf den Durchgang eines Stroms ergibt sich, wenn der Flächenbereich der Gegenelektrode größer als derjenige der Arbeitselektroden ist.Each of the working electrodes can be provided with a separate counter electrode, although this is not essential is, there is a single counter electrode, for example in the form of a wire surrounding a number of electrodes can be completely sufficient. An increased response speed to the passage of a current results, when the surface area of the counter electrode is larger than that of the working electrodes.
Vorzugsweise ist die Fläche der Gegenelektrode 1-bis 10mal größer als diejenige der Arbeitselektrode und insbesondere 2- bis 5mal größer. Mit der Fläche bzw. dem Flächenbereich wird dabei die Fläche der Elektrode bezeichnet, die mit dem aktiven Material in elektrischem Kontakt ist.Preferably, the surface of the counter electrode is 1-bis 10 times larger than that of the working electrode and in particular 2 to 5 times larger. With the area or the area is the area of the electrode that is in electrical contact with the active material is.
Die Elektrodenoberfläche muß selbstverständlich leitend sein, wobei allerdings hohe Grade von Leitfähigkeit nicht wesentlich sind. Sie ist normalerweise zweidimensional,The electrode surface must of course be conductive, but high degrees of conductivity are not are essential. It's usually two-dimensional
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-M--M-
d.h. sie ist eine ebene oder eine in einer oder mehreren Ebenen gekrümmte Fläche und kann beispielsweise eine flache Platte oder Bahn oder ein Draht sein. Für eine Vorrichtung,bei der Licht durch die Elektrode hindurchgelassen wird, muß diese transparent oder durchscheinend sein, wofür ein Glas mit einem Überzug aus leitendem Oxid oder einem sehr dünnen Metallfilm benötigt wird. Für reflektierende Anordnungen kann eine Metalloberfläche benutzt werden oder eine transparente oder durchscheinende Elektrode kann mit einer reflektierenden Oberfläche, beispielsweise von Metall oder anderem undurchsichtigen reflektierenden Material wie etwa weiß pigmentierter Thermoplastikfolie oder -tafel bzw.-schicht hinterlegt sein.i.e. it is a flat surface or a surface curved in one or more planes and can, for example, be a be flat plate or sheet or wire. For a device in which light is transmitted through the electrode it must be transparent or translucent, for which a glass with a coating of conductive oxide or a very thin metal film is required. A metal surface can be used for reflective arrangements or a transparent or translucent electrode may have a reflective surface, for example of metal or other opaque reflective material such as white pigmented thermoplastic film or board or layer.
Aktive Elektroden mit Gold erwiesen sich selbst bei geringer Schichtdicke von beispielsweise in der Gegend von 100 Ä,wie sie auf Glas zur Erzielung eines transparenten Komposits abgeschieden werden können, als besonders brauchbar und ebenso Platin.Active electrodes with gold turned out to be even with a small layer thickness, for example in the area of 100 Å, as they can be deposited on glass to achieve a transparent composite, as special usable and also platinum.
Irgendeine elektrochemische Reaktion an der Arbeitselektrode ist von einer entsprechenden Reaktion an der Gegenelektrode begleitet. Es ist daher wichtig, das die Produkte der Gegenelektrodenreaktion die Lichtreflexionsoder -transmissionseigenschaften der Arbeitselektroden nicht stören; am bequemsten wird dieses erreicht, indemAny electrochemical reaction on the working electrode is of a corresponding reaction on the Accompanying counter electrode. It is therefore important that the products of the counter electrode reaction are the light reflection or - do not interfere with the transmission properties of the working electrodes; this is most conveniently achieved by
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man die Gegenelektrode außerhalb des Strahlungsweges zur oder von der Arbeitselektrode anordnet.the counter electrode outside the radiation path to or from the working electrode.
Die Gegenelektroden werden üblicherweise innerhalb einer Hülle oder Kapsel angeordnet, so daß elektrochemische Änderungen, die an ihren Oberflächen auftreten, nicht sichtbar werden und die einzigen sichtbaren Änderungen diejenigen an der Oberfläche der Arbeitselektrode sind. Es ist jedoch möglich, daß die Gegenelektrode selbst als Sicht- oder Anzeigeelektrode durch Umkehr des elektrischen Stromes benutzt werden kann, so daß in der Tat die Rollen von Arbeitsund Gegenelektrode vertauscht sind. So wird beabsichtigt, die Gegenelektrode selbst so anzuordnen, daß sie sichtbar ist oder sichtbar gemacht werden kann und so vorzusehen , daß die Gegenelektrode durch Umkehr des elektrischen Stromes zu den Arbeitselektroden zur Anzeige einer Farbänderung in der gleichen Weise wie die Arbeitselektrode verwendet werden kann. In einer solchen Vorrichtung kann die Gegenelektrode mit Abstand (von üblicherweise einigen mrn) von den Arbeitselektroden angeordnet sein oder sie kann eng benachbart dazu beispielsweise zwischen den Arbeitselektroden vorgesehen werden. Die Gegenelektrode kann somit selbst in Form von einigen unterschiedlichen und ggf. gesondert zu betätigenden Elektroden vorgesehen werden.The counter electrodes are usually arranged within a shell or capsule, so that electrochemical Changes that occur on their surfaces do not become visible and the only visible changes are those are on the surface of the working electrode. However, it is possible that the counter electrode itself is used as a viewing or display electrode can be used by reversing the electric current, so that in fact the roles of working and Counter electrode are swapped. So it is intended to arrange the counter electrode itself so that it is visible or can be made visible and to provide that the counter electrode by reversing the electric current to the working electrodes to indicate a color change can be used in the same way as the working electrode. In such a device the counter electrode can be arranged at a distance (usually a few millimeters) from the working electrodes or it can be provided closely adjacent thereto, for example between the working electrodes. The counter electrode can thus even be provided in the form of a few different and possibly separately actuated electrodes.
Es ist zu bemerken, daß der Betrieb des Gegenelektroden-It should be noted that the operation of the counter electrode
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systems dazu ausgenutzt werden kann, zwei Reihen von Informationen zu übertragen unter Verwendung von zwei Reihen oder Sätzen von Elektroden, die in der Lage sind, z.B. als Digitalanzeige zu wirken.systems can be exploited to transmit two sets of information using two Rows or sets of electrodes capable of acting as a digital display, for example.
Das aktive Material wird in einem inerten Lösungsmittel dafür verwendet (d.h. in einem Lösungsmittel, das mit irgendwelchen Komponenten der Vorrichtung, mit denen es normalerweise zusammenkommt, nicht nachteilig reagiert). Die Konzentration wird durch die Löslichkeit unter den Betriebsbedingungen wie beispielsweise bei der wahrscheinlich auftretenden Temperatur begrenzt, sie liegt jedoch üblicherweise zwischen 0,001 und 2 vorzugsweise zwischen 0,01 und 1 und insbesondere zwischen 0,1 und 0,8 molarer Konzentration.The active material is used for this purpose in an inert solvent (i.e. in a solvent which does not react adversely with any components of the device with which it normally interacts). The concentration is determined by the solubility under the operating conditions such as the probable occurring temperature limited, but it is usually between 0.001 and 2 preferably between 0.01 and 1 and in particular between 0.1 and 0.8 molar concentration.
Die Anwendung von relativ hohen Konzentrationen an aktivem Material,von z.B. 0,01 molar und mehr,wird vor- . zugsweise von der Anwesenheit eines "alternativen" reversibel oxidierbaren Körpers in der Lösung begleitet, der sowohl Eisen(II)- als auch Eisen(III)-Ionen umfaßt. Dieses System kann durch Auflösen einer angemessenen Menge von Ferro.ammoniumsulfat in die Lösung des aktiven Materials eingeführt werden.The use of relatively high concentrations of active material, for example 0.01 molar and more, is proposed. preferably accompanied by the presence in the solution of an "alternative" reversibly oxidizable body comprising both iron (II) and iron (III) ions. This system can be introduced by dissolving an appropriate amount of ferric ammonium sulfate in the active material solution.
Es wurde nun jedoch gefunden,daß die Anwendung einer Mischung von sowohl Ferro- als auch Ferrisalzen gleich zuHowever, it has now been found that the application of a Mixture of both ferrous and ferric salts equally
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Beginn im Hinblick auf eine Erhöhung der Lebensdauer bzw. Zyklenzahl der Vorrichtung vorteilhaft sein kann. Somit wird die Anwendung einer Mischung von Ferroammoniumsulfat und Ferriammoniumsulfat als Additive in folgenden Konzentrationen bevorzugt: Ferroammoniumsulfat =0,1 molar bis Sättigung, vorzugsweise 0,1 bis 0,7 molar und insbesondere 0,2 bis 0,5 molar; Ferriammoniumsulfat = 0,001 bis 0,1 molar, vorzugsweise etwa 0,01 molar. Eine solche "Dotierungsmenge"· von Ferrisalz unterstützt, wie gefunden wurde, das Ausbleichen von andernfalls permanenten Abscheidungen von aktivem Material, die sich ausbilden könnten. Die Anwendung eines neutralen pH-Bereichs wird ebenfalls bevorzugt, wenn die Ferro/Ferrimischung angewandt wird.Beginning with a view to increasing the service life or number of cycles of the device can be advantageous. Thus, using a mixture of ferric ammonium sulfate and ferric ammonium sulfate as additives in the following Concentrations preferred: ferroammonium sulfate = 0.1 molar to saturation, preferably 0.1 to 0.7 molar and in particular 0.2 to 0.5 molar; Ferric ammonium sulfate = 0.001 to 0.1 molar, preferably about 0.01 molar. Such "Doping Amount" · Ferris salt has been found to assist in bleaching otherwise permanent deposits of active material that could develop. The application of a neutral pH range is also used preferred when the ferrous / ferric mixture is used.
Obgleich der pH-Wert der Lösung des aktiven Materials zwischen recht weiten Grenzen variieren kann und vorzugsweise zwischen 1 und 3 liegt, wenn Ferroammoniumsulfat verwendet wird, erwies es sich als vorteilhaft, eine Lösung mit einem etwa neutralen pH zu benutzen, wenn auch Ferrisalz angewandt wird. Die Anwesenheit von irgendwelchen gelösten Komponenten zusätzlich zu den bereits erwähnten wird daher vorzugsweise keine "Abwanderung" des pH-Wertes von der Neutralität um mehr als etwa 2 pH-Einheiten verursachen. Although the pH of the solution of the active material can and preferably vary between quite wide limits is between 1 and 3, if ferroammonium sulfate is used, it has been found advantageous to use a Use a solution with a roughly neutral pH if ferric salt is also used. The presence of any dissolved components in addition to those already mentioned will therefore preferably not have any "migration" of the pH of neutrality by more than about 2 pH units.
Es ist besonders erwünscht,molekularen Sauerstoff von innerhalb der Vorrichtung praktisch auszuschließenIt is particularly desirable to virtually exclude molecular oxygen from within the device
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(der z.B. im flüssigen Medium gelöst sein könnte),da dieser eine Tendenz hat, die Bildung von Eisenhydroxiden zu begünstigen.(which could e.g. be dissolved in a liquid medium), there this has a tendency to favor the formation of iron hydroxides.
Die N-arylsubstituierten Verbindungen entsprechen der allgemeinen FormelThe N-aryl-substituted compounds correspond to the general formula
CH = CHCH = CH
. R-. R-
N+ R10N + R 10
1 10
wobei R bis R = H, F, Cl oder organische Substitu .enten, insbesondere niedere (C1 bis C^) Alkylgruppen oder Aryl,1 10
where R to R = H, F, Cl or organic substituents, in particular lower (C 1 to C ^) alkyl groups or aryl,
Aralkyl, Alkaryl oder Oxyhydrocarbyl (Sauerstoff tragendeAralkyl, alkaryl or oxyhydrocarbyl (oxygen-bearing
1112 Kohlenwasserstoffreste) sind; R und R sind organisch und zumindest eine Arylgruppe. Zu Beispielen für geeignete Gruppen gehören substituierte Phenyle mit einer Alkyl-1112 hydrocarbon radicals) are; R and R are organic and at least one aryl group. Examples of suitable groups include substituted phenyls with an alkyl
gruppe mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, CN, COOR15 (wobeigroup with 2 to 12 carbon atoms, CN, COOR 15 (where
1 3
R ^ eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, Aryl oder Wasserstoff ist), einer Amidgruppe, OH,1 3
R ^ is an alkyl group with 1 to 10 carbon atoms, aryl or hydrogen), an amide group, OH,
— 0- 0
N = N-N = N-
oder Halogen; η ist gleich 0 oder eine ganze Zahl, vorzugsweise gleich 1 oder 2; X~ ist ein von einer Säure und vorzugsweise einer starken Mineralsäure mit einem pKa-Wertor halogen; η is equal to 0 or an integer, preferably equal to 1 or 2; X ~ is one of an acid and preferably a strong mineral acid with a pKa value
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■β.■ β.
von weniger als 2,5 oder von einer organischen Säure abgeleitetes Anion. Beispiele für anorganische Anionen sind F", Cl", Br", SO^", MeSO^ (Ni eder alkyl sulfat), Chlorat, Perchlorat, BF^", SiFg , NO3" und Sulfonate. Zu organischen Anionen gehören die Anionen von Acetat, Citrat, Tartrat, Formiat, Maleat, Oxalat und anderen wasserlöslichen Mono-, Di- und Tricarbonsäuren sowie Hydroxysäuren.of less than 2.5 or an anion derived from an organic acid. Examples of inorganic anions are F ", Cl", Br ", SO ^", MeSO ^ (Ni eder alkyl sulfate), chlorate, perchlorate, BF ^ ", SiFg, NO 3 " and sulfonates. Organic anions include the anions of acetate, citrate, tartrate, formate, maleate, oxalate and other water-soluble mono-, di- and tricarboxylic acids and hydroxy acids.
Anionen, die dazu neigen,die Löslichkeit des in Lösung befindlichen Kations auf ein unerwünscht niedriges Niveau herabzudrücken, werden selbstverständlich vermieden, wie es auch Anionen werden sollten, die irreversibel oxidiert werden.Anions that tend to reduce the solubility of the in solution depressing existing cations to an undesirably low level are of course avoided, as it should be anions that are irreversibly oxidized.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der angefügten * Zeichnung beschrieben; es zeigenIn the following, the invention is based on the attached * Drawing described; show it
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Arbeitselektroden;1 shows a plan view of a device with a plurality of working electrodes;
Fig. 2 einen Schnitt längs A-A von Fig. 1;Figure 2 is a section along A-A of Figure 1;
Fig. 3 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung mit einem System3 shows a plan view of a device with a system
von sowohl Arbeits- als auch Gegenelektroden in • einer für die Digitalanzeige geeigneten Form undof both working and counter electrodes in a form suitable for the digital display and
Fig. 4 einen Schnitt längs B-B von Fig. 3.FIG. 4 shows a section along B-B of FIG. 3.
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Wie man sieht sind, undurchsichtige Goldblatt-Arbeitselektroden 1 bis 7 (jeweils mit eigener Zuleitung 1a bis 7a) in einem Muster angeordnet, das irgendeineZiffer von 0 bis 9 durch selektive Abscheidung auf einer vorgewählten Gruppe von Elektroden wiedergeben kann. Die Gegenelektrode 8 wird durch einen Draht gebildet, der am Umfang des Sichtrahmens bzw, der Schautafel angeordnet,ist der bzw. die durch einen Rahmen 9 und Glasplatten 10 und 11 gebildet wird und auch eine Lösung 12 der aktiven Verbindung enthält.As can be seen, there are opaque gold leaf working electrodes 1 to 7 (each with its own lead 1a to 7a) arranged in a pattern that represent any digit from 0 to 9 by selective deposition on a preselected group of electrodes can. The counter electrode 8 is formed by a wire that is attached to the periphery of the viewing frame or the display board is arranged, which is formed by a frame 9 and glass plates 10 and 11 and also contains a solution 12 of the active compound.
Fig. 3 zeigt auch ein Gegenelektrodensystem 13 bis 19 in einer Form, die für eine Digitalanzeige geeignet ist, wobei jede Gegenelektrode mit ihrer eigenen Zuleitung zu geeigneten Steuer- und Elektrodenauswahlmitteln versehen ist.Fig. 3 also shows a counter electrode system 13-19 in a form suitable for a digital display each counter electrode with its own lead to suitable control and electrode selection means is provided.
Fig. 4 zeigt, wie die Zuleitungen durch eine rückseitige Platte 20 zu Elektrodensteuer- und -auswahlmitteln herausgeführt sind.Figure 4 shows the leads through a back plate 20 to electrode control and selection means are brought out.
Durch Eintauchen von 2 Platinelektroden in 100 ml einer wässrigen Lösung mit N,N'-Di-(p-cyanophenyl)-4,4'-dipyridinium-dichlorid (0,01 molar) und Ferroammoniumsulfat (0,5By immersing 2 platinum electrodes in 100 ml of an aqueous solution with N, N'-di- (p-cyanophenyl) -4,4'-dipyridinium dichloride (0.01 molar) and ferroammonium sulfate (0.5
509817/08 4 3509817/08 4 3
, A4* , A4 *
molar) wurde eine Zelle hergestellt. Sauerstoff wurde von allen benutzten Lösungen energisch eliminiert und Stickstoffgas kontinuierlich durch diese hindurchgeleitet, um das ursprüngliche Fe++/Fe+++-Verhältnis aufrecht zu erhalten.molar) a cell was made. Oxygen was vigorously eliminated from all the solutions used and nitrogen gas was continuously passed through them in order to maintain the original Fe ++ / Fe +++ ratio.
Ein Elektrochromie-Effekt wurde durch Anlegen von 0,8 V mit 1 Hz an die Elektroden erzeugt. Nach 20 Minuten wurde eine permanente Abscheidung von N,N'-Di-(p-cyanophenyl)-4,4'-dipyridinium-radikal gebildet. Ferriionen wurden (in Form einer 0,1 molaren wässrigen Ferrichloridlösung) zu der Zelle hinzugegeben, um den Gesamtferriionengehalt auf 0,01 molar zu bringen, woraufhin sich die Abscheidung aufhellte und die Zelle fortfuhr für einige Tage befriedigend zu arbeiten.An electrochromic effect was created by applying 0.8 V at 1 Hz to the electrodes. After 20 minutes became a permanent deposition of N, N'-di- (p-cyanophenyl) -4,4'-dipyridinium radical educated. Ferric ions were (in the form of a 0.1 molar aqueous ferric chloride solution) is added to the cell to bring the total ferric ion content to 0.01 molar, whereupon the deposit lightened and the cell continued to work satisfactorily for several days.
Die Neigung zu permanenten Abscheidungen wurde durch Erhöhen des Ferriionengehalts auf 0,1 molar vollständig eliminiert.The tendency to permanent deposits was completed by increasing the ferric ion content to 0.1 molar eliminated.
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Claims (7)
Ferro- und Ferriionen gebildet wird.5. Device according to one of the preceding claims, characterized by an electrolyte, which by an aqueous solution with the active material together with
Ferrous and ferric ions are formed.
positives 1. Halbwellenpotential besitzt.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the active material is a
has positive 1st half-wave potential.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHJ | Non-payment of the annual fee |