DE102016007973A1

DE102016007973A1 - Redox-Flow-Zelle und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102016007973A1
Application number: DE102016007973.8A
Authority: DE
Inventors: Jens Noack; Georg Rumpel; Jens Tübke; Karsten Pinkwart
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Redox-Flow-Zelle vorgeschlagen, welche wenigstens zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Durchflussrahmen getragenen Elektrode und wenigstens eine zwischen den Halbzellen angeordnete Membran umfasst. Um bei einem möglichst einfachen und kostengünstigen Aufbau der Redox-Flow-Zelle insbesondere für eine zuverlässige und dauerhafte Dichtigkeit ihres Gehäuses zu sorgen, sieht die Erfindung vor, dass zumindest die aus je einem Durchflussrahmen und der von diesem getragenen Elektrode gebildete Einheit derart hergestellt wird, indem der Durchflussrahmen aus wenigstens einem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, während die Elektrode aus wenigstens einem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektrode mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Durchflussrahmens verbunden wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine solchermaßen hergestellte Redox-Flow-Zelle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Redox-Flow-Zelle, umfassend wenigstens zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Durchflussrahmen getragenen Elektrode und wenigstens eine zwischen den Halbzellen angeordnete Membran. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine insbesondere mittels eines solchen Verfahrens hergestellte Redox-Flow-Zelle mit wenigstens zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Durchflussrahmen getragenen Elektrode und wenigstens einer zwischen den Halbezellen angeordneten Membran.
Bei Redox-Flow-Zellen bzw. -Batterien, welche auch als Redox-Flussbatterien bezeichnet werden, handelt es sich um Akkumulatoren, welche elektrische Energie in chemischen Verbindungen zu speichern vermögen, wobei die Reaktionspartner üblicherweise in einer in Lösungsmitteln gelöster Form oder als Gase vorliegen. Die beiden energiespeichernden Elektrolyten zirkulieren dabei in voneinander getrennten Kreisläufen innerhalb einer jeweiligen Halbzelle, wobei die Halbzellen mittels einer zum Zwecke des Ionenaustausches ionenpermeablen Membran voneinander getrennt sind. Die elektrische Energie bzw. die elektrische Leistung kann daher praktisch beliebig getrennt skaliert werden. Als elektrisch leitende Elektroden gelangen in der Regel solche auf Kohlenstoffbasis zum Einsatz, welche hohe Wasserstoff- bzw. Sauerstoffüberspannungen besitzen, aber gleichwohl hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und somit hohe Leistungsdichten gewährleisten. Zwecks hoher Leistungsdichten hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn die Elektroden eine große Oberfläche aufweisen, weshalb häufig poröse Elektrodenmaterialien mit einer großen spezifischen Oberfläche eingesetzt werden. Der als Energiespeicher dienende Elektrolyt kann dann entweder im sogenannten Flow-By-Betrieb an den Elektroden vorbeigeführt werden, oder er wird im sogenannten Flow-Through-Betrieb durch die Elektroden hindurchgeführt. Als poröse Elektroden- oder Elektrodenbeschichtungsmaterialien finden hierbei beispielsweise Vliese, Filze, Papiere, beschichtete Membranen oder andere Diffusionslagen aus porösen Materialien auf der Basis von Kohlenstoff Verwendung. Bei den Elektrolyten kann es sich beispielsweise um Vanadiumsalze, Natriumbromid und dergleichen handeln.
Zur elektrischen Kontaktierung von Redox-Flow-Zellen können ihre Halbzellen oder – im Falle einer Serienanordnung von mehreren Halbzellen – zumindest die jeweils äußeren, entgegengesetzt angeordneten Halbzellen mit elektrisch leitfähigen, zumeist etwa planaren Platten bzw. Lagen aus Kohlenstoffmaterialien versehen werden, welche mit den jeweiligen Elektroden in elektrisch leitendem Kontakt stehen und unter Verschluss der Halbzellen zur Stromentnahme bzw. -zufuhr dienen. Die elektrisch leitenden Platten bzw. Lagen, welche beispielsweise auch aus Mischungen aus extrinsisch leitfähigen Polymeren mit Kohlenstoffmaterialien gefertigt sein können, können insbesondere für den Flow-By-Betrieb oberflächige Strukturen besitzen, welche eine Fluidführung des Elektrolyten an einer jeweiligen Elektrode vorbei ermöglichen. Die einer jeweiligen Elektrode zugeordneten Platten bzw. Lagen sind dabei zumeist in eine üblicherweise als Durchflussrahmen bezeichnete Stützstruktur eingebettet, um eine Fluidführung des Elektrolyten an den Elektroden vorbei in eine jeweilige Halbzelle zu ermöglichen. Während bei Wasserstoff-/Sauerstoff-Brennstoffzellen die Fluidführung durch die porösen Kohlenstoffplatten hindurch erfolgen kann, ist dies bei gattungsgemäßen Redox-Flow-Zellen aufgrund deren Energiespeichermedien auf der Basis von zumeist ionisch leitenden Elektrolytlösungen nicht möglich. Die sogenannten Durchflussrahmen zur Aufnahme der mit den Elektroden in leitendem Kontakt stehenden Platten bzw. Lagen sind in der Regel aus Kunststoffen gebildet, welche elektrisch isolierend und gegenüber den eingesetzten Elektrolyten chemisch inert sein müssen.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Redox-Flow-Zellen werden die vorgenannten Komponenten – die Durchflussrahmen mit den hiervon getragenen Elektroden und den hierin aufgenommenen porösen, elektrisch leitfähigen Platten oder Lagen, die Membrane sowie die Redox-Flow-Zelle endseitig verschließende Endplatten mit letztere von den leitfähigen Platten oder Lagen isolierenden Isolationsplatten – anlässlich der Herstellung der Redox-Flow-Zelle üblicherweise zu einem Zellstapel kombiniert, wie dies in ähnlicher Weise auch bei der Herstellung von bekannten Brennstoffzellen der Fall ist, indem die einzelnen Halbzellen elektrisch seriell verschaltet werden und die elektrisch leitfähigen Platten oder Lagen als Bipolarplatten wirken können. Zur Gewährleistung einer einwandfreien Dichtigkeit eines solchen Aufbaus sind dabei verschiedene Dichtungsanordnungen erforderlich, was den Aufbau herkömmlicher Redox-Flow-Zellen in erheblichem Maße verkompliziert. So muss beispielsweise einerseits die Membran gegenüber dem Durchflussrahmen, andererseits die hierein eingebettete leitfähige Platte bzw. Lage ebenfalls gegenüber dem Durchflussrahmen abgedichtet werden. Eine jeweilige Halbzelle selbst muss wiederum gegenüber der/den benachbarten) Halbzelle(n) bzw. des benachbarten Fluidkreislaufs des Elektrolyten sowie nach außen abgedichtet werden, was aufwändige Dichtungsanordnungen aus relativ teuren, chemisch inerten Materialien erfordert.
Als hinsichtlich einer zuverlässigen Abdichtung am kritischsten erweist sich in der Praxis oftmals die Abdichtung der porösen, elektrisch leitfähigen Platten oder Lagen, welche mit einer jeweiligen Elektrode in elektrisch leitendem Kontakt stehen, gegenüber dem zu ihrer Einbettung dienenden Durchflussrahmen, welche zwingend den Einsatz von aufwändigen Dichtungselementen erfordert, weil die üblicherweise hochverfüllten, kohlenstoffbasierten Platten bzw. Lagen nicht mit dem z. B. aus Kunststoff gefertigten Durchflussrahmen verschweißt werden können. Der Auswahl an für solche Dichtungselemente in Betracht kommenden Elastomeren sind dabei insbesondere aufgrund der chemisch sehr aggressiven Energiespeichermedien enge Grenzen gesetzt. So bedingen chemisch stabile Elastomere aufwändige Entwicklungen von geeigneten Fertigungstechnologien für derartige Dichtungselemente, z. B. durch Vulkanisieren oder Spritzgießen, wodurch sich insbesondere die Erzeugung in kleinen Stückzahlen und/oder mit verschiedenen Geometrien als unrentabel erweist. Sofern andererseits nur gering verfüllte Platten bzw. Lagen eingesetzt werden, so lassen sich diese zwar mit dem Durchflussrahmen verschweißen oder lassen sich beispielsweise mittels Zweikomponenten-Spritzgießen Verbunde aus einem jeweiligen Durchflussrahmen mit hierin aufgenommener Platte bzw. Lage der Elektrode direkt erzeugen, doch nimmt die elektrische Leitfähigkeit und somit die Leistungsfähigkeit der Redox-Flow-Batterie mit abnehmenden Füllgrad an kohlenstoffbasierten Partikeln drastisch ab. Zudem gestalten sich auch solche Herstellungsverfahren für Verbunde aus dem Durchflussrahmen und der elektrisch leitfähigen Platte bzw. Lage als aufwändig und erfordern insbesondere aufgrund der notwendigen Werkzeuge hohe Investitions- sowie auch Energiekosten, wobei wiederum Geometrieänderungen nur sehr zeit- und kostenintensiv umsetzbar sind. Entsprechendes gilt für die übrigen Dichtungselemente zur gegenseitigen Abdichtung der vorgenannten Komponenten, welche wiederum mittels Vulkanisieren oder Spritzgießen hergestellt werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Redox-Flow-Zelle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass unter zumindest weitestgehender Vermeidung der vorgenannten Nachteilen eine zuverlässige Dichtigkeit der Redox-Flow-Zelle sichergestellt wird.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung einer Redox-Flow-Zelle der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest die aus je einem Durchflussrahmen und der von diesem getragenen Elektrode gebildete Einheit derart hergestellt wird, indem der Durchflussrahmen aus wenigstens einem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, während die Elektrode aus wenigstens einem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektrode mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Durchflussrahmens verbunden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer insbesondere solchermaßen hergestellten Redox-Flow-Zelle der eingangs genannten Art ferner vor, dass zumindest der eine jeweilige Elektrode tragende Durchflussrahmen aus wenigstens einem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer gebildet ist, während die Elektrode aus wenigstens einem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer gebildet ist, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektrode mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Durchflussrahmens verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung, wonach zumindest die aus dem Durchflussrahmen und der von diesem getragenen Elektrode gebildete Einheit aus stoffschlüssig miteinander verbundenen, thermoplastischen Polymeren gebildet ist, beseitigt zunächst die im Stand der Technik vorhandene Problematik der Abdichtung der genannten Komponenten einer Redox-Flow-Zelle gegeneinander, wobei – wie weiter unten noch näher erläutert – die Elektrode auf einfache Weise mit einer offenporig porösen und elektrisch leitfähigen Lage versehen werden kann, welche in den Durchflussrahmen eingebettet ist. Der Durchflussrahmen wird dabei aus dem ersten thermoplastischen Polymer erzeugt, welches aufgrund seiner elektrischen Isolationseigenschaften die Zelle nach außen elektrisch isoliert, während das zweite thermoplastische, elektrisch leitfähige Polymer der Elektroden die stoffschlüssige Schmelzverbindung mit dem Durchflussrahen sicherstellt, ohne dass hierzu zusätzliche Halteteile, Dichtungen oder dergleichen erforderlich wären. Die Ausgestaltung der zumindest aus einem jeweiligen Durchflussrahmen und einer jeweiligen Elektrode der Redox-Flow-Zelle gebildeten Einheit aus thermoplastischen Kunststoffen gewährleistet ferner eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Klein- und Mittelserienfertigung, da ein einfacherer Wechsel zwischen verschiedenen Geometrien bzw. Zellstrukturen je nach den individuellen Erfordernissen möglich ist. Ferner macht es die Ausgestaltung aus thermoplastischen Kunststoffen z. B. möglich, verschiedenen Strukturen im Innern des mit der Elektrode versehenen Durchflussrahmens, wie beispielsweise Kanalführungen für die Elektrolyten, durch geeignete Formgebung in einen einzigen Fertigungsschritt zu integrieren.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein die Halbzellen aufnehmendes Gehäuse gemeinsam mit den Durchflussrahmen aus dem wenigstens einen ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektroden mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Gehäuses verbunden wird. Der bzw. die einstückig mit dem (übrigen) Gehäuse ausgestalteten Durchflussrahmen sind folglich in das Gehäuse integriert und bestehen insbesondere aus demselben ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer. Auf diese Weise werden sämtliche, ansonsten erforderlichen Abdichtungen der Redox-Flow-Zelle nach außen entbehrlich und entfällt bei der Fertigung ein damit verbundener Ausschuss, indem das Gehäuse einstückig aus dem ersten thermoplastischen Polymer erzeugt wird, welches aufgrund seiner elektrischen Isolationseigenschaften die Zelle nach außen elektrisch isoliert. Das zweite thermoplastische, elektrisch leitfähige Polymer der Elektroden stellt die stoffschlüssige Schmelzverbindung mit dem Gehäuse sicher, ohne dass hierzu zusätzliche Halteteile, wie separate Durchflussrahmen oder dergleichen, vonnöten sind. Die Ausgestaltung zumindest des Gehäuses mit den Elektroden der Redox-Flow-Zelle aus thermoplastischen Kunststoffen gewährleistet überdies eine besonders einfache und wirtschaftliche Klein- und Mittelserienfertigung, da ein einfacherer Wechsel zwischen verschiedenen Gehäusegeometrien und Zellstrukturen gemäß den individuellen Anforderungen möglich ist. Eine derartige Redox-Flow-Zelle zeichnet sich folglich dadurch aus, dass sie ein die Halbzellen aufnehmendes Gehäuse aus dem wenigstens einen ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer aufweist, wobei das Gehäuse die – insbesondere in dieses integrierten und einstückig mit dem Gehäuse ausgestalteten – Durchflussrahmen umfasst und die Elektroden aus dem wenigstens einen zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer aufnimmt, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektroden mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Gehäuses verbunden ist.
In vorteilhafter Ausführung kann vorgesehen sein, dass das zweite thermoplastische Polymer wenigstens einer Elektrode auf einen auf oder in den Durchflussrahmen bzw. das Gehäuse auf- oder eingebrachten und nach außen führenden Stromableiter zur elektrischen Kontaktierung der Redox-Flow-Zelle aufgebracht wird, wobei es insbesondere an den Stromableiter angeschmolzen wird, aber grundsätzlich auch z. B. mit diesem verklebt werden kann. Der beispielsweise aus Metall gefertigte Stromableiter, welcher als elektrischer Anschluss der Redox-Flow-Zelle dient, kann dabei z. B. während der Herstellung in den Durchflussrahmen bzw. in das Gehäuse eingelegt werden, wonach hierauf das elektrisch leitfähige, zweite thermoplastische Polymer der Elektroden sowohl auf den Stromableiter als auch innenseitig an das Gehäuse bzw. an den durchflussrahmen aus dem nicht elektrisch leitfähigen, zweiten thermoplastischen Polymer angeschmolzen wird, um für eine stoffschlüssige Schmelzverbindung der genannten Komponenten zu sorgen. Eine entsprechende Redox-Flow-Zelle zeichnet sich demnach dadurch aus, dass das zweite thermoplastische Polymer wenigstens einer Elektrode auf einen auf oder in den Durchflussrahmen bzw. das Gehäuse auf- oder eingebrachten und nach außen führenden Stromableiter zur elektrischen Kontaktierung der Redox-Flow-Zelle aufgebracht ist, wobei es insbesondere mit dem Stromableiter verschmolzen ist, aber auch andersartig mit diesem verbunden, beispielsweise verklebt, sein kann.
Wie bereits angedeutet, gibt die Erfindung mehrere Möglichkeiten zum Aufbringen einer zur Fluidführung für die Elektrolyten dienenden porösen Platte oder Lage auf die Elektroden, welche gemäß dem Stand der Technik üblicherweise in Form von Filzen, Vliesen oder Papieren aus Kohlenstoff eingesetzt wird, die von einem separaten Durchflussrahmen gehalten sind. So kann je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Redox-Flow-Zelle mit einer Elektrolytführung im Flow-By- oder im Flow-Through-Betrieb z. B. vorzugsweise vorgesehen sein, dass

– die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden zumindest teilweise offenporig porös ausgestaltet werden bzw. sind; oder
– die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten, z. B. im Wesentlichen kompakten oder ihrerseits offenporig porösen Elektroden mit einer offenporig porösen Lage aus wenigstens einem thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer, insbesondere aus dem zweiten thermoplastischen Polymer, versehen werden bzw. sind, welche mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig mit den Elektroden verbunden wird bzw. ist.

Die Elektrode selbst und/oder die auf diese aufgebrachte offenporig poröse Lage aus einem thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer, bei dem es sich – wenn auch nicht notwendigerweise – um dasselbe (zweite) Polymer wie jenes der Elektroden handeln kann, kann dabei beispielsweise im plastifizierten Zustand punkt- bzw. tropfenförmig oder in Form von mehreren dünnen Strängen schichtweise extrudiert bzw. auf die vorgefertigte Elektrode aufextrudiert und ausgehärtet werden, wodurch sich eine stoffschlüssige Verbindung der porösen, z. B. in Form eines dreidimensional versetzten Gitters aufgebauten, leitfähigen Polymermatrix der Lage mit der Elektrode bzw. mit dem Durchflussrahmen oder dem mit diesem einstückig aufgebauten Gehäuse ergibt. Folglich wird eine direkte Fertigung der porösen leitfähigen Strukturen der Elektroden bzw. der auf diese aufgebrachten Lagen mittels thermoplastischer Verarbeitungsverfahren unter Gewährleistung einer stoffschlüssigen Schmelzverbindung der Elektroden mit einer jeweiligen Lage bzw. mit dem Gehäuse oder zumindest mit dem durchflussrahmen der Redox-Flow-Zelle möglich.
Alternativ ist es auch denkbar, dass auf die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden eine elektrisch leitfähige, offenporig poröse Lage, sei es eine solche gemäß dem Stand der Technik oder sei es eine solche aus einem elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Polymer der vorgenannten Art, insbesondere mittels Kleben, aufgebracht wird bzw. ist. Als Kleber zur Bereitstellung einer Klebverbindung bieten sich dabei praktisch beliebige, elektrisch leitfähige Kleber an, wie beispielsweise elektrisch leitende Transferkleber auf Acrylatbasis.
Um die Elektrolytkreisläufe benachbarter Halbzellen der Redox-Flow-Zelle räumlich voneinander zu trennen, sieht die Erfindung vorteilhafterweise weiterhin vor, dass zwischen wenigstens zwei benachbarten Elektroden aus dem zweiten thermoplastischen Polymer oder zwischen den elektrisch leitfähigen, offenporig porösen Lagen zweier benachbarter Elektroden wenigstens eine die Halbzellen voneinander trennende Membran angeordnet wird bzw. ist, wobei als Membrane grundsätzlich die aus dem Stand der Technik bekannten Membranen, wie mikroporöse Separatoren, Anionen- und/oder Kationentauschermembrane etc., in Betracht kommen.
Dabei kann die Membran entweder als vorgefertigtes separates Teil eingesetzt werden, oder die Membran wird ihrerseits aus einem dritten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer auf die Elektroden oder auf deren offenporig poröse Lagen aufgeschmolzen, wobei z. B. thermoplastische Ionenaustauschpolymere zum Einsatz gelangen können, welche in plastifizierter Form wiederum auf die porösen Elektroden bzw. auf die auf die Elektroden aufgebrachten, porösen Lagen extrudiert werden.
Sofern es sich bei der Redox-Flow-Zelle um eine solche mit mehreren, stapelartig nebeneinander in dem Gehäuse aufgenommenen Halbzellen handelt, kann zu deren Herstellung beispielsweise vorgesehen sein, dass wenigstens eine, zwischen wenigstens zwei Halbzellen angeordnete Elektrode als Bipolarelektrode aus dem zweiten thermoplastischen Polymer ausgebildet wird, wobei die Bipolarelektrode in der weiter oben geschilderten Weise insbesondere beidseitig mit einer offenporig porösen Lage versehen wird. Eine solchermaßen ausgestaltete Redox-Flow-Zelle zeichnet sich demnach dadurch aus, dass sie mehr als zwei in dem Gehäuse aufgenommene Halbzellen aufweist, wobei wenigstens eine, zwischen wenigstens zwei Halbzellen angeordnete Elektrode als Bipolarelektrode aus dem zweiten thermoplastischen Polymer ausgebildet ist, wobei die Bipolarelektrode insbesondere beidseitig mit einer offenporig porösen Lage, wie insbesondere je einer solchen der oben genannten Art, versehen ist.
Wie bereits angedeutet, kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass zumindest der Durchflussrahmen oder insbesondere das (gesamte) Gehäuse und die Elektroden sowie gegebenenfalls die auf die Elektroden aufgebrachte, offenporig poröse Lage und/oder die Membran schichtweise durch Mehrkomponenten-Piezodruck oder Mehrkomponenten-Extrusion erzeugt werden. Dies ermöglicht einerseits eine auch zum Prototyping oder für Kleinserien geeignete, schichtweise Herstellung der Redox-Flow-Zelle aus plastifizierten Polymeren, wobei sich sowohl der Piezodruck mit einer Vielzahl an voneinander beabstandeten Tröpfchen aus schmelzflüssigem Polymer als auch die Extrusion mit mehreren dünnen, voneinander beabstandeten Strängen aus schmelzflüssigem Polymer insbesondere zur Erzeugung von offenporig porösen Strukturen anbietet, wie sie vornehmlich für die Elektroden und/oder für die auf diese aufgebrachten porösen Lagen aus leitfähigen Polymeren erforderlich sind. Die Herstellung geschieht folglich insbesondere mit Hilfe von 3D-Druckern.
Was die erfindungsgemäß eingesetzten Polymere betrifft, so kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass

– als zweites thermoplastisches, elektrisch leitfähiges Polymer wenigstens ein thermoplastisches Polymer mit in diesem eindispergierten, elektrisch leitfähigen Partikeln, insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff, vorqzugsweise aus der Gruppe Ruß, Graphit, Graphen, amorpher Kohlenstoff und Kohlenstoff-Nanoröhren; und/oder
– als Membran ein für Ionen permeabler, mikroporöser Separator oder wenigstens ein für Anionen und/oder für Kationen permeables Ionenaustauschpolymer eingesetzt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Redox-Flow-Zelle unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Zelle; und
2 eine schematische perspektivische Draufsicht auf die Redox-Flow-Zelle gemäß 1 in Richtung des Pfeils II der 1 während ihrer Herstellung mittels 3D-Druckverfahren.
In der 1 ist eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Zelle wiedergegeben, bei welcher es sich beispielsweise um einen Vanadium-Redox-Akkumulator handeln kann.
Die Redox-Flow-Zelle umfasst ein allseitig geschlossenes Gehäuse aus einem nicht elektrisch leitfähigen, ersten thermoplastischen Polymer, beispielsweise auf der Basis von Polylactid (PLA). An zwei entgegengesetzten Innenseiten des Gehäuses 1 ist, insbesondere mittels einer durch das thermoplastische Gehäusematerial sichergestellten stoffschlüssigen Schmelzverbindung, jeweils ein das Gehäuse 1 nach außen durchsetzender Stromableiter 2 angeordnet, welcher z. B. in Form einer Platte oder eines etwa stabförmigen Leiters aus Metall ausgebildet ist und zur elektrischen Kontaktierung der – hier zwei – im Innern des Gehäuses untergebrachten Halbzellen dient. Jeweils eine Elektrode 3 ist – wiederum mittels einer Schmelzverbindung – sowohl mit einem jeweiligen Stromableiter 2 als auch mit einem innenseitigen Teilabschnitt des Gehäuses 1, welcher somit einen einstückig mit dem Gehäuse 1 gefertigten und in dieses integrierten Durchflussrahmen bildet, stoffschlüssig verbunden, wobei die Elektroden 3 aus einem elektrisch leitfähigen, zweiten thermoplastischen Polymer gefertigt sind. Bei letzterem kann es sich beispielsweise um ein extrinsisch leitfähiges Polymer handeln, dessen elektrische Leitfähigkeit sich aus hierin eindispergierten Partikeln auf der Basis von Kohlenstoff ergibt, wie Z. B. ein unter dem Handelsnamen „Proto Pasta” der Firma ProtoPlant (US) erhältliches, mit Graphitpartikeln befülltes thermoplastisches Polymer auf der Basis von Polylactid (PLA). Die Elektroden 3 weisen vorzugsweise eine offenporig poröse Struktur auf, welche – wie nachfolgend noch näher erläutert – z. B. durch schichtweises Piezodrucken oder Extrudieren mittels eines 3D-Druckers erhalten worden ist. An die einer jeweiligen Innenwand des Gehäuses 1 abgewandte, innere Seite einer jeweiligen Elektrode 3 ist zur Bereitstellung der für die Elektrolyten erforderlichen Fluidkanäle auf diese eine offenporig poröse Lage 4 aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgebracht, was z. B. einerseits durch Aufkleben eines Kohlenstofffilzes oder -vlieses auf eine jeweilige Elektrode 3 mittels leitfähiger Kleber, z. B. mittels eines elektrisch leitenden Transferklebers mit der Bezeichnung „Typ 15577” der Firma CMC Klebetechnik GmbH (DE)., geschehen kann. Andererseits kann dies auch durch, insbesondere schichtweises, Aufdrucken eines elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Polymers geschehen, bei welchem es sich beispielsweise um dasselbe Polymer wie jenes der Elektroden 3 handeln kann. Die solchermaßen gebildeten Halbzellen der Redox-Flow-Zelle sind mittels einer sich etwa parallel zu den Elektroden 3 erstreckenden Membran 5 voneinander getrennt, bei welcher es sich beispielsweise um eine Ionenaustauschmembran handelt kann, welche als separates Teil eingesetzt oder ihrerseits mittels 3D-Druck aus einem thermoplastischen Ionenaustauschpolymer erzeugt worden ist.
Nachfolgend ist eine exemplarische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Redox-Flow-Zelle gemäß 1 durch Mehrkomponenten-Extrusion mittels eines 3D-Druckers näher erläutert:
Zunächst wird der in der 1 untere Abschnitt des Gehäuses 1 der Redox-Flow-Zelle aus dem nicht elektrisch leitfähigen, ersten thermoplastischen Polymer erzeugt, indem letzteres mittels eines 3D-Druckers plastifiziert und schichtweise extrudiert wird. Sodann wird der in der 1 untere Stromableiter 2, sei es manuell oder mittels automatisierter Handhabungsmittel, wie Robotern oder andersartigen Manipulatoren, in den derart vorgefertigten unteren Abschnitt des Gehäuses 1 eingelegt, wonach einerseits der weitere Aufbau der den Durchflussrahmen bildenden Seitenwände des Gehäuses 1, gegebenenfalls mit im Innern desselben angeordneten Fluidkanälen für die Elektrolyten, aus dem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer, andererseits der Aufbau der in 1 unteren Elektrode 3 aus dem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer mittels schichtweisen Koextrudierens mit dem 3D-Drucker erfolgt. Die Elektrode 3 kann dabei im Wesentlichen eben oder mit individuellen, zur Fluidführung des Elektrolyten dienenden Kanälen, insbesondere offenporig porös, ausgestaltet werden. Der gesamte Aufbau kann dabei insbesondere, wie gesagt, in Schichten geschehen, wobei das elektrisch leitfähige, zweite thermoplastische Polymer z. B. auf den Stromableiter 2 aufextrudiert und mittels Zweikomponenten-Koextrusion stoffschlüssig an das Gehäuse 1 angebunden wird, so dass aufgrund eines einzigen Arbeitsgangs hohe Zykluszeiten erzielt werden können.
Ist der Aufbau von Gehäuse 1 einschließlich dessen (in 1 unterem) Durchflussrahmen und der (unterer) Elektrode 3 bis zur endgültigen Dicke der Elektrode 3 erreicht worden, so wird nur noch die seitliche Umfangswandung des Gehäuses 1 – fortwährend schichtweise – aus dem nicht elektrisch leitfähigen, ersten thermoplastischen Polymer extrudiert, und zwar bis auf das Niveau der (in 1 unteren) Halbzelle bzw. bis auf das Niveau der Membran 5, wodurch oberhalb der (unteren) Elektrode und innenseitig der Umfangswand des Gehäuses 1 ein Hohlraum entsteht, welcher die (untere) Halbzelle aufnimmt. In diesen Hohlraum wird sodann – wiederum manuell oder mittels automatisierter Handhabungsgeräte – eine Lage 4 aus einem elektrisch leitfähigen, offenporig porösen Medium, wie beispielsweise ein Kohlenstofffilz oder -vlies, eingebracht, so dass die poröse Lage 4 gemeinsam mit der Elektrode 3 eine Halbzelle der Redox-Flow-Zelle bildet. Die elektrisch leitfähige, poröse Lage 4 kann vorzugsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers, wie z. B. eines solchen der oben unter Bezugnahme auf die 1 genannten Art, mit der Elektrode 3 verbunden werden, um etwaige elektrische Übergangswiderstände zu minimieren, wobei es ferner zweckmäßig sein kann, die poröse Lage 4 unter Andruck an die Elektrode 3 zu verpressen. Alternativ kann die offenporig poröse Lage 4 entsprechend der Elektrode 3 auch aus einem elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Polymer gemeinsam mit der Umfangswand des Gehäuses 1 schichtweise mittels des 3D-Druckers koextrudiert werden.
Ist die (in 1 untere) Halbzelle in der zuvor beschriebenen Weise fertiggestellt worden, so wird auf diesen Aufbau eine Membran 5 aufgelegt, und zwar vorzugsweise derart, dass sie sowohl die offenporig poröse Lage 4 der Elektrode 3 als auch einen inneren Umfangsabschnitt des Gehäuses 1 abdeckt, wie es in der 2 schematisch dargestellt ist. Sodann wird der in 1 obere Gehäuseabschnitt der (oberen) Halbzelle unter umfangsseitigem Einschluss der Membran 5 aufgebaut, wobei die in der 2 mit den Bezugszeichen P₁ und P₂ versehenen Pfeile mögliche Bewegungsrichtungen des Druckkopfes des 3D-Druckers anlässlich der schichtweisen Extrusion schematisch wiedergeben. Alternativ kann auch die Membran 5 aus einem thermoplastischen Ionentauschpolymer schichtweise auf die poröse Lage 4 sowie vorzugsweise auch auf den inneren Umfangsabschnitt des Gehäuses 1 mittels des 3D-Druckers aufextrudiert bzw. gemeinsam mit dem sie seitlich umgebenden Gehäuseabschnitt koextrudiert werden.
Ist die Umfangswandung des Gehäuses 1 bis zum (in 1 unteren) Niveau der (oberen) Elektrode 3 fertiggestellt worden, so wird die (obere) Elektrode 3 gemeinsam mit dem sie umgebenden (oberen), einen weiteren Durchflussrahmen bildenden Gehäuseabschnitt in der oben beschriebenen Weise koextrudiert, nachdem der sich zwischen der Membran 5 und der oberen Elektrode 3 ergebende Hohlraum wiederum mit einer Lage 4 aus einem offenporig porösen, elektrisch leitfähigen Medium versehen worden ist. Schließlich wird in dem oberen Abschnitt des Gehäuses 1 eine Vertiefung für den (in 1 oberen) Stromableiter 2 ausgebildet, dieser dort eingebracht und mit der Elektrode 3 in der oben geschilderten Weise stoffschlüssig verbunden und wird die obere Wand des Gehäuses 1 fertig extrudiert.
Um die auf diese Weise hergestellte Redox-Flow-Zelle mit den ionischen Elektrolyten, wie beispielsweise mit solchen auf der Basis von Vanadiumsalzlösungen, zu befüllen, kann während der schichtweisen Extrusion des Gehäuses 1 beispielsweise je ein in eine jeweilige Halbzelle mündender Durchlass (nicht gezeigt) ausgespart werden, welcher nach dem Befüllen der Halbzellen mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Gehäuses 1 verschlossen wird, indem plastifiziertes Polymermaterial in den Durchlass eingebracht und unter Abkühlen erstarrt wird.
Nachstehend sind die einzelnen Verfahrensstufen einer Abwandlung der vorgenannten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Redox-Flow-Zelle stichpunktartig unter Angabe der eingestellten Verfahrensparameter zusammengestellt, wobei sich die abgewandelte Ausführungsform von der oben beschriebenen vornehmlich dadurch unterscheidet, dass die Elektroden 3 nicht mittels des 3D-Druckers gemeinsam mit dem Gehäuse 1 koextrudiert, sondern zunächst separat mittels des 3D-Druckers extrudiert und sodann in das seinerseits mittels des 3D-Druckers extrudierte Gehäuse 1 eingebracht werden:

(1) Bereitstellen der nicht mittels des 3D-Druckers erzeugten Komponenten: (a) thermisches Vorbehandeln der elektrisch leitfähigen, offenporig porösen Lagen 4 in Form von Graphitfilzen 4 h bei 400°C, (b) Zuschneiden einer handelsüblichen Ionentauschmembran.
(2) 3D-Drucken Elektroden 3 aus dem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer „Proto Pasta” mit einer Düsentemperatur von 210°C und Abkühlen der erhaltenen Elektroden.
(3) 3D-Drucken der unteren Wandung des Gehäuses 1 aus dem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer auf der Basis von PLA, Aufbringen der (unteren) Elektrode und weiteres 3D-Drucken des unteren Abschnittes der einen Durchflussrahmen bildenden Umfangswandung des Gehäuses 1 unter stoffschlüssiger Schmelzverbindung mit der (unteren) Elektrode 3 bis zum Niveau der Membran 5 mit einer Düsentemperatur von 190°C bis 210°C und sodann Abkühlen des erhaltenen Gehäuseabschnittes.
(4) Aufkleben der (unteren) Lage 4 des thermisch vorbehandelten Graphitfilzes auf die (untere) Elektrode 3 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers und Aufbringen der Membran 5 auf den Graphitfilz unter umfangsseitiger Überlappung desselben bis zu einem inneren Umfangsabschnitt des unteren Gehäuseabschnittes, welcher beispielsweise im obigen Schritt (3) mit einer zur Aufnahme der Membran 5 dienenden Umfangsnut versehen worden ist und optionales Verkleben der Membran an dem inneren Umfangsabschnitt des unteren Gehäuseabschnittes bzw. in der dort ausgebildeten Umfangsnut.
(5) 3D-Drucken der einen weiteren Durchflussrahmen bildenden oberen Umfangswandung des Gehäuses 1 aus dem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer auf der Basis von PLA unter umfangsseitigem Überdrucken der Membran 5 bei einer Düsentemperatur von 190°C bis 210°C und Abkühlen des erhaltenen Gehäuseabschnittes.
(6) Einlegen der (oberen) Lage 4 des thermisch vorbehandelten Graphitfilzes auf die Membran 5 und Einlegen der (oberen) Elektrode 3 sowie Verkleben der Lage 4 mit der Elektrode 3 mittels des elektrisch leitfähigen Klebers.
(7) 3D-Drucken der oberen Wandung des Gehäuses 1 aus dem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer auf der Basis von PLA unter stoffschlüssiger Schmelzverbindung mit der (oberen) Elektrode 3 mit einer Düsentemperatur zwischen 190°C und 210°C und anschließendes Abkühlen des fertigen, allseitig geschlossenen Gehäuses.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Redox-Flow-Zelle, umfassend wenigstens zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Durchflussrahmen getragenen Elektrode (3) und wenigstens eine zwischen den Halbzellen angeordnete Membran (5), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die aus je einem Durchflussrahmen und der von diesem getragenen Elektrode (3) gebildete Einheit derart hergestellt wird, indem der Durchflussrahmen aus wenigstens einem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, während die Elektrode (3) aus wenigstens einem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektrode (3) mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Durchflussrahmens verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Halbzellen aufnehmendes Gehäuse (1) gemeinsam mit den Durchflussrahmen aus dem wenigstens einen ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer erzeugt wird, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektroden (3) mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Gehäuses (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite thermoplastische Polymer wenigstens einer Elektrode (3) auf einen auf oder in den Durchflussrahmen bzw. das Gehäuse (1) auf- oder eingebrachten und nach außen führenden Stromableiter (2) zur elektrischen Kontaktierung der Redox-Flow-Zelle aufgebracht wird, wobei es insbesondere an den Stromableiter (2) angeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden (3) zumindest teilweise offenporig porös ausgestaltet werden; oder – die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden (3) mit einer offenporig porösen Lage (4) aus wenigstens einem thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer, insbesondere aus dem zweiten thermoplastischen Polymer, versehen werden, welche mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig mit den Elektroden verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden (3) eine elektrisch leitfähige, offenporig poröse Lage (4), insbesondere mittels Kleben, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei benachbarten Elektroden (3) aus dem zweiten thermoplastischen Polymer oder zwischen den elektrisch leitfähigen, offenporig porösen Lagen (4) zweier benachbarter Elektroden (3) wenigstens eine die Halbzellen voneinander trennende Membran (5) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) als separates Teil eingesetzt oder aus einem dritten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer auf die Elektroden (3) oder auf deren offenporig poröse Lagen (4) aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Redox-Flow-Zelle mit mehr als zwei in dem Gehäuse (1) aufgenommenen Halbzellen wenigstens eine, zwischen wenigstens zwei Halbzellen angeordnete Elektrode (3) als Bipolarelektrode aus dem zweiten thermoplastischen Polymer ausgebildet wird, wobei die Bipolarelektrode insbesondere beidseitig mit einer offenporig porösen Lage (4) versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussrahmen bzw. das Gehäuse (1) und die Elektroden (3) sowie gegebenenfalls die auf die Elektroden (3) aufgebrachte, offenporig poröse Lage (4) und/oder die Membran (5) schichtweise durch Mehrkomponenten-Piezodruck oder Mehrkomponenten-Extrusion erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass, – als zweites thermoplastisches, elektrisch leitfähiges Polymer wenigstens ein thermoplastisches Polymer mit in diesem eindispergierten, elektrisch leitfähigen Partikeln, insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff, vorzugsweise aus der Gruppe Ruß, Graphit, Graphen, amorpher Kohlenstoff und Kohlenstoff-Nanoröhren; und/oder – als Membran (5) ein für Ionen permeabler, mikroporöser Separator oder wenigstens ein für Anionen und/oder für Kationen permeables Ionenaustauschpolymer eingesetzt wird.
Redox-Flow-Zelle mit wenigstens zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Durchflussrahmen getragenen Elektrode (3) und wenigstens einer zwischen den Halbzellen angeordneten Membran (5), insbesondere hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der eine jeweilige Elektrode (3) tragende Durchflussrahmen aus wenigstens einem ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer gebildet ist, während die Elektrode (3) aus wenigstens einem zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer gebildet ist, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektrode (3) mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Durchflussrahmens verbunden ist.
Redox-Flow-Zelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein die Halbzellen aufnehmendes Gehäuse (1) aus dem wenigstens einen ersten thermoplastischen, nicht elektrisch leitfähigen Polymer aufweist, wobei das Gehäuse (1) die Durchflussrahmen umfasst und die Elektroden (3) aus dem wenigstens einen zweiten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer aufnimmt, wobei das zweite thermoplastische Polymer der Elektroden (3) mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig zumindest bereichsweise mit dem ersten thermoplastischen Polymer des Gehäuses (1) verbunden ist.
Redox-Flow-Zelle nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite thermoplastische Polymer wenigstens einer Elektrode (3) auf einen auf oder in den Durchflussrahmen bzw. das Gehäuse (1) auf- oder eingebrachten und nach außen führenden Stromableiter (2) zur elektrischen Kontaktierung der Redox-Flow-Zelle aufgebracht ist, wobei es insbesondere mit dem Stromableiter (2) verschmolzen ist.
Redox-Flow-Zelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden (3) zumindest teilweise offenporig porös ausgestaltet sind; oder – die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden (3) mit einer offenporig porösen Lage (4) aus wenigstens einem thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer, insbesondere aus dem zweiten thermoplastischen Polymer, versehen sind, welche mittels Schmelzverbindung stoffschlüssig mit den Elektroden (3) verbunden ist.
Redox-Flow-Zelle nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf die aus dem zweiten thermoplastischen Polymer erzeugten Elektroden (3) eine elektrisch leitfähige, offenporig poröse Lage (4), insbesondere mittels Klebverbindung, aufgebracht ist.
Redox-Flow-Zelle nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei benachbarten Elektroden (3) aus dem zweiten thermoplastischen Polymer oder zwischen den elektrisch leitfähigen, offenporig porösen Lagen (4) zweier benachbarter Elektroden (5) wenigstens eine die Halbzellen voneinander trennende Membran (5) angeordnet ist.
Redox-Flow-Zelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) von einem separaten Teil gebildet oder aus einem dritten thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Polymer auf die Elektroden (3) oder auf deren offenporig poröse Lagen (4) aufgeschmolzen ist.
Redox-Flow-Zelle nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als zwei in dem Gehäuse (1) aufgenommene Halbzellen aufweist, wobei wenigstens eine, zwischen wenigstens zwei Halbzellen angeordnete Elektrode (3) als Bipolarelektrode aus dem zweiten thermoplastischen Polymer ausgebildet ist, wobei die Bipolarelektrode insbesondere beidseitig mit einer offenporig porösen Lage (4) versehen ist.
Redox-Flow-Zelle nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite thermoplastische, elektrisch leitfähige Polymer wenigstens ein thermoplastisches Polymer mit in diesem eindispergierten, elektrisch leitfähigen Partikeln, insbesondere auf der Basis von Kohlenstoff, vorzugsweise aus der Gruppe Ruß, Graphit, Graphen, amorpher Kohlenstoff und Kohlenstoff-Nanoröhren; und/oder – die Membran (5) einen für Ionen permeablen, mikroporösen Separator oder wenigstens ein für Anionen und/oder für Kationen permeables Ionenaustauschpolymer aufweist.