TU München und Max-Planck-Gesellschaft starten weltweit erstes Zentrum für neuartige Solarbatterien

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München - Der Markt für Batteriespeicher, die in Kombination mit PV-Anlagen betrieben werden, hat sich in den letzten Jahren mit einer hohen Dynamik entwickelt. Gleichwohl besteht angesichts der Herausforderungen der Energiewende weiter ein großes Potenzial zur Weiterentwicklung der Speichertechnologien. Neue Wege gehen die TU München und die Max-Planck-Gesellschaft mit dem Solbat Zentrum.

Die Technische Universität München (TUM) und die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) haben mit Unterstützung des Bayerischen Wirtschaftsministeriums die Weichen für das weltweit erste Zentrum für Solarbatterien und optoionische Technologien gestellt. Das Solbat Zentrum ist das Ergebnis einer gleichberechtigten strategischen Zusammenarbeit von TUM und Max-Planck-Gesellschaft, gefördert durch die bayerische Staatsregierung. Das neue Zentrum erhält von der bayerischen Regierung eine Unterstützung von bis zu acht Mio. Euro.

Solarbatterien: Direkte elektrochemische Speicherung der Energie des Sonnenlichts
Mit dem Solbat-Zentrum soll ein einzigartiges Forschungsökosystem aufgebaut werden. Ziel ist es, neuartige Energiespeicher zu erforschen und Anwendungen zu entwickeln, um die Solarenergie noch effizienter und flexibler nutzen zu können.

Im Mittelpunkt des neuen Zentrums stehen Solarbatterien, die noch weitgehend unerforscht sind. In den Solarbatterien werden Solarzellen und Batterien in einem einzigen Bauteil kombiniert. Sie können Energie des Sonnenlichtes direkt elektrochemisch speichern - ohne den Umweg der Umwandlung in Elektrizität. Mit Hilfe der Technologie lassen sich z.B. tageszeitliche und wetterbedingte Schwankungen des Solarstroms ausgleichen und gleichzeitig die Energieeffizienz durch einen verbesserten Ionenkreislauf erhöhen. Die Optoionik - eine Querschnittswissenschaft zwischen Optoelektronik und Festkörperionik, die sich mit der Kontrolle von Ionen durch Licht beschäftigt - lässt nach Angaben TUM enormes Potential für diverse solare und optische Anwendungstechnologien erwarten.

Die Leitung des neuen Solbat Zentrum übernehmen Prof. Jennifer L.M. Rupp, Inhaberin des Lehrstuhls für Festkörperelektrochemie an der TUM sowie Fellow am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Prof. Karsten Reuter, Direktor am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und Distinguished Affiliated Professor an der TUM, sowie Prof. Bettina V. Lotsch, Direktorin am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart und Honorarprofessorin an den Universitäten München (LMU) und Stuttgart. Alle drei sind auch Vorstandsmitglieder des Exzellenzclusters E-Conversion, auf dessen Ergebnissen, Expertennetzwerk und interdisziplinärer Grundlagenforschung das neue Zentrum maßgeblich aufbaut.

„Die Verschmelzung von Solar- und Batterietechnologien wird eine neue Dimension für die Zukunft der nachhaltigen Energieversorgung eröffnen. Das Konzept unseres weltweit einzigartigen Zentrums setzt auf eine enge Verzahnung von Grundlagenforschung und Technologieentwicklung. Wir sehen hier die Chance, Energiesysteme deutlich kompakter und effizienter zu gestalten“, so Jennifer Rupp. „Das Zentrum ist in seiner Struktur einzigartig. Es soll Bayern und Deutschland international als Innovationsführer im Bereich der solaren Energiespeicherung positionieren“, ergänzt TUM-Präsident Prof. Thomas F. Hofmann.

„Wir stehen heute vor nie dagewesenen Herausforderungen in den Bereichen Energie und Nachhaltigkeit. Um neue Energielösungen zu entwickeln, sind moderne Materialien ebenso wichtig wie neue Konzepte zur Energiekonversion und -speicherung. Ich bin überzeugt, dass die Solbat-Initiative starke Lösungsbeiträge für den massiv gestiegenen Energiespeicherbedarf der Zukunft leisten wird“, kommentiert der Bayerische Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger die Einrichtung des neuen Zentrums.

Zum Funktionsprinzip der neuartigen Solarbatterien
In einer Solarbatterie sind Solarzelle und Batterie nicht getrennt, sondern werden in einem einzigen Bauteil kombiniert. Das ermöglicht die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrochemische Energie und ihre Speicherung. Der Prozess beginnt, wenn Photonen (Lichtteilchen) auf die lichtabsorbierende Schicht treffen und dort Elektronen anregen. Die entscheidende Innovation von Solarbatterien ist, dass das Licht nicht nur die Elektronen anregt, sondern auch die Ionenbewegungen beeinflusst (z.B. Lithium- oder Sauerstoffionen). So wird die gleichzeitige Absorption von Licht und die Speicherung elektrochemischer Energie in einem einzigen Bauteil ermöglicht. Zudem können die Ionen sich durch eine optische Stimulanz schneller innerhalb des Festkörpers bewegen, was die Ladevorgänge bzw. Entladevorgänge der Batterie beschleunigen kann.

Im Entladevorgang läuft der Prozess umgekehrt ab: Die gespeicherte elektrochemische Energie wird freigesetzt, wobei die Ionen zurückwandern und ein elektrischer Strom erzeugt wird. Die simultane Nutzung von Lichtabsorption und Ladungsspeicherung kann Verluste reduzieren, die bei herkömmlichen Systemen durch getrennte Erzeugungs- und Speicherprozesse auftreten. Zudem eröffnet die Optoionik laut TUM neue Perspektiven für die Herstellung hochintegrierter und flexibel außerhalb des Stromnetzes einsetzbarer Lichtspeicher.