Hybrid-Solarzellenbatterie - Die Sonnenbatterie - ein Hybridsystem aus Solarzelle und Batterie

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Die Biosphäre unseres Planeten zu erhalten und zu schützen gehört zu den wichtigsten Aufgaben universitärer Forschung. Eine intakte Umwelt erfordert den nachhaltigen, im Kreis geführten Umgang mit den zur Verfügung stehenden, endlichen Ressourcen. Dazu zählt die CO2-neutrale Versorgung mit elektrischer Energie, die Abkehr von fossilen Brennstoffen und eine höchst effiziente Umwandlung und Nutzung von Energieformen.
Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie spielt die zentrale Rolle bei der Bewältigung dieser Aufgaben. Es gibt weltweit enorme universitäre und unternehmerische Anstrengungen, hocheffiziente Solarzellen neu zu entwickeln und existierende Konzepte zu optimieren. Die Sonneneinstrahlung hat aber einen sog. intermittierenden Charakter. Es ist daher notwendig, Elektrizität aus Sonnenenergie für die spätere Nutzung im Netz zu speichern. Für dieses Ziel bieten sich leistungsfähige elektrochemische Energiespeicher an, insbesondere Sekundärbatterien mit Lithium oder Natrium als mobilem und effizienten ionischem Ladungsträger. Bisher gelingt die Zwischenspeicherung elektrochemischer Energie dezentral und zentral, aber in beiden Fällen separat, d.h. in voneinander getrennten Systemen, dem Solarzellenmodul und der stationären Batterie.
Die dezentrale Speicherung von elektrochemischer Energie hält den Reiz bereit, beide Systeme in Form eines Hybrids direkt miteinander zu koppeln. Diese Kopplung bzw. die Realisierung eines Hybridsystems soll beide Systeme miteinander auf der Materialebene verschmelzen. Es gibt also keine sichtbare Trennung der beiden Systeme durch eine einfache metallisch leitende Verbindung mehr. Im Solarzellen-Batterie-Hy¬bridsystem wird Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt, die unmittelbar und direkt batterieseitig gespeichert wird. Ein solches System kann in größeren und kleineren Formaten für die Gestaltung von Fassaden oder z.B. im 3C-Consumer-Bereich höchst interessant sein.
Somit wären Solarzellen auch unter variablen Lichtbedingungen einsetzbar. Zudem kann das das System flexibel auf Energieverbrauchsspitzen reagieren. Das zu entwickelnde Hybridsystem enthält zwei Subsysteme, eine effiziente Solarzelle und eine moderne Li- oder Na-Ionenbatterie. Zur Realisierung wird eine Batterie mit einer für die Solarzelle angepassten niedrigen Spannung entwickelt, die mit einer organischen Dünnschicht-Solarzelle direkt gekoppelt wird. Auf der Batterieseite soll z.B. der Spinell LiMn2O4 als effizientes Kathoden- und Anodenmaterial dienen. LiMn2O4 ist umweltfreundlich und redoxamphoter, d.h. es kann je nach Li-Gehalt als positives oder negatives Elektrodenmaterial verwendet werden. Unseres Wissens ist ein solches System bisher nicht geplant oder entwickelt worden. Die neue Projektidee fußt auf einem erfolgreich abgeschlossenen und von der FFG im Rahmen des Energie- und Klimafonds geförderten Projektes, in dem die nötigen Vorarbeiten geleistet wurden.
Insgesamt wird mit der Projektidee wissenschaftliches Neuland betreten. Wir erwarten einen entsprechenden wissenschaftlichen Technologiesprung, der zur Anmeldung von Schutzrechten führen sollte. Das Projekt wird auch zur Profilschärfung und sichtbaren Fokussierung der österreichischen bzw. steiermärkischen Grundlagenforschung im Bereich der Energiespeicher- und Energiekonversionssysteme beitragen. Durch die zu erwartenden synergistischen Effekte des interdisziplinären Ansatzes erwarten wir, dass Ergebnisse aus der Grundlagenforschung rasch die Aufmerksamkeit anderer Forschungseinrichtungen und der Industrie auf sich ziehen wird.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/01/2131/12/22