Innovationen im Bereich der Solartechnologie setzen sich fort, während Forscher der Universität Cordoba und des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Deutschland gemeinsam an der Gestaltung einer neuartigen Solarbatterie aus einem reichlich vorhandenen, ungiftigen und leicht synthetisierbaren Material arbeiten.
Die Ära der Solarenergie bricht an. Die kontinuierliche Verbesserung der Fähigkeit solarer Technologien, so viel Licht wie möglich einzufangen, in Energie umzuwandeln und sie für die Deckung unseres Energiebedarfs verfügbar zu machen, ist entscheidend für den ökologischen Wandel hin zu einer nachhaltigeren Nutzung von Energiequellen.
Lücke zwischen Sonnenenergieerfassung und Bedarf
In dem Prozess zwischen der Erfassung von Licht durch die Solarzelle und der bedarfsgerechten Nutzung der Energie, beispielsweise für Haushaltsgeräte, spielt die Speicherung eine entscheidende Rolle, da die Verfügbarkeit von Solarenergie inhärente Schwankungen aufweist. Um diesen Speicherprozess zu erleichtern und Probleme wie die Umweltauswirkungen bei der Gewinnung, dem Recycling oder der Knappheit einiger für herkömmliche Batterien notwendiger Materialien (wie Lithium) zu bewältigen, wurde das Konzept der “Solarbatterie” geboren. Solare Batterien kombinieren die Solarzellen, die das Licht einfangen, mit der Speicherung ihrer Energie in einem einzigen Gerät, was es ermöglicht, die Energie bei Bedarf zu nutzen.
Pionierarbeit in der Solarenergiespeicherung
Alberto Jiménez-Solano, ein Forscher am Physik-Department der Universität Cordoba, hat zusammen mit einem Team des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung (Stuttgart, Deutschland) eine Studie durchgeführt, in der er die Designmerkmale einer Solarbatterie auf Basis von 2D-Carbon-Nitrid untersucht hat.
“In der Gruppe von Professor Bettina V. Lotsch am Max-Planck-Institut war es gelungen, ein Material zu synthetisieren, das in der Lage ist, Licht zu absorbieren und diese Energie für den späteren Bedarf zu speichern”,
erklärt Alberto Jiménez-Solano.
“Da kam uns die Idee, es zu verwenden, um eine Solarbatterie zu entwickeln.”
Überwindung von Herausforderungen
Um dies zu erreichen, musste das Team zunächst einen Weg finden, eine dünne Schicht dieses Materials (2D-Kalium-Carbon-Nitrid, Poly(heptazinimid), K-PHI) abzulagern, um eine stabile Struktur für die Herstellung eines photovoltaischen Geräts zu schaffen. Denn dieses Material liegt normalerweise in Pulverform oder in wässrigen Suspensionen von Nanopartikeln vor.
Diese vorangegangene Arbeit hat es ihnen nun ermöglicht, das Design dieser Solarbatterie vorzustellen, bei dem optische Simulationen und photoelektrochemische Experimente kombiniert werden, um die Merkmale der hohen Leistungsfähigkeit dieses Geräts bei der Erfassung von Sonnenlicht und der Speicherung von Energie zu erklären.
Innovative Struktur für optimale Leistung
Die physische Struktur des Geräts besteht aus
“einem hochtransparenten Glas mit einer transparenten leitfähigen Beschichtung (zur Ermöglichung des Transportes von Ladungen), einer Reihe von Schichten aus halbtransparenten Materialien (mit unterschiedlichen Funktionalitäten) und einem weiteren leitfähigen Glas, das den Stromkreis schließt”,
beschreibt der Forscher.
Im Wesentlichen handelt es sich um eine Art Sandwich aus verschiedenen Schichten, deren Dicken studiert wurden, um sowohl die Lichtabsorption als auch die Speicherung zu maximieren. In diesem Fall kann das vorgeschlagene System Licht auf beiden Seiten absorbieren, da es halbtransparent ist. Sie stellten fest, dass die Hintergrundbeleuchtung bestimmte Vorteile hatte, die sie “durch die Erstellung eines anfänglichen theoretischen Designs im Einklang mit den experimentellen Einschränkungen” aufdeckten. Dieses Grundlagenforschungsprojekt wird nicht nur auf dem Papier bleiben, sondern auch die experimentellen Grenzen erforschen und machbare Designs für diese Solarbatterien entwickeln.
Vielseitige Anwendbarkeit und vielversprechende Zukunft
Dieses Gerät würde über eine hohe Vielseitigkeit verfügen, da es sowohl einen großen, einmaligen Strom (wie bei einem Fotoblitz) als auch einen kleineren Strom erzeugen könnte, der über längere Zeit aufrechterhalten werden kann (wie bei einem Mobiltelefon).
Dieses Projekt zeigt die Leistungsfähigkeit dieses Geräts, das aus einem unschädlichen, reichlich vorhandenen, umweltfreundlichen Material (aus Harnstoff extrahiert) hergestellt wird, das leicht zu synthetisieren ist. Die nächsten Schritte umfassen die fortlaufende Untersuchung seiner Funktionsweise in verschiedenen Situationen außerhalb des Labors sowie die Anpassung an unterschiedliche Fertigungsmöglichkeiten und -anforderungen.
Diese wegweisende Arbeit verspricht eine vielversprechende Zukunft für die Energiespeicherung und trägt zur nachhaltigen Nutzung von Solarenergie bei. Die Kombination von Expertise und Forschungsgeist hat zu einem Durchbruch geführt, der das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir Energie nutzen, zu revolutionieren.
