Innovation: Atmende Solarbatterie steigert Möglichkeiten enorm

Forscher an der Ohio State University haben eine Solarzelle entwickelt, die ihre eigene Energie speichert und dafür Luft atmet. Nach Angaben der Erfinder könnten damit die Kosten für erneuerbare Energien um 25 Prozent sinken.

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Das neue Design der Batterie verwendet drei Elektroden, anstatt den üblichen vier. Am Boden der Zelle befindet sich eine Platte aus Lithium. Über dieser liegen zwei Schichten mit Elektrolyt, die nur von einer Schicht mit porösem Karbon getrennt sind. Ganz oben ist ein Geflecht aus Titanium angebracht. Das wiederum eine farbempfindliche Photoelektrode aus Titandioxid trägt.

Professor Yiying Wu erklärt den Aufbau bei Extremetech.com:

„Aktuell werden Solarpanele benutzt, um Licht einzufangen und dann verwendet man eine billige Batterie, um die produzierte Energie zu speichern. Wir haben beide Funktionen kombiniert. Wann immer man so etwas schafft, sinken die Kosten.“

Das Besondere an dieser Art der Batterie ist, dass sie Luft zum Arbeiten benötigt. Dabei funktioniert ihre Atmung allerdings völlig anders, als bei uns Menschen, berichtet Discovery.com.

Die Elektronen der angeschlossen Batterie bauen das Lithium chemisch ab und es entstehen Lithium-Ionen und -Sauerstoff. Dabei wird der Sauerstoff in die Luft abgegeben und die Ionen als Lithiummetall gespeichert. Wenn sich die Batterie entlädt, zieht es Sauerstoff aus der Umgebung und verbraucht diesen, um das Lithiumperoxid wiederherzustellen. Im Anschluss kann dieser Kreislauf von vorne beginnen.

Hierbei atmet die Zelle also Sauerstoff aus und wieder ein, er wird aber nicht verbraucht, sondern nur für die chemische Umwandlung benötigt. Der einzige offensichtliche Nachteil an dieser Erfindung ist: Die Solarbatterie kann nicht im Vakuum und somit im Weltall verwendet werden. Für den Normalverbraucher erscheint dieser Nachteil aber sicherlich akzeptabel.

Damit das Produkt auch einen reißenden Absatz findet, ist die Lebensdauer der Batterie entscheidend. Erste Tests mit einem rot eingefärbtem Netz auf der Oberfläche, haben zwar gute Werte produzieren können, aber die Farbe war nach bereits nach acht Stunden verbraucht. Bei diesem Versuch hat die Farbe das Licht absorbiert und die Elektronen abgegeben. Diese kurze Lebensspanne ist für ein Produkt natürlich nicht zu gebrauchen.

Deshalb wurden neue Tests gestartet – diesmal mit einer Photoelektrode aus Hämatit, auch bekannt als Eisenglanz, anstatt des eingefärbten Netzes aus Titanoxid. Die Ergebnisse waren deutlich besser. So hat diese Version nicht nur eine ähnliche Effizienz, sondern die Lebenserwartung der Batterie erreicht die von handelsüblichen Akkus.

Als nächsten Schritt soll die Solarbatterie per Lizenz an die Industrie weitergegeben werden. Damit erhoffen sich die Forscher, die Leistung weiter verbessern zu können. Aber auch das US Department of Energy ist an der Entwicklung interessiert. So will das Energieministerium weitere Forschung an diesem Projekt finanzieren.

Wie die Pressemitteilung von Professor Yiying Wu zeigt, ist man selbst dort inzwischen hellhörig, was derartige Erfindungen angeht.

Denn die alternative Energie hat ein bisher nicht gelöstes Problem: Die täglichen Schwankungen der Leistungen sind zu hoch. Solarzellen funktionieren nur wenn die Sonne scheint, also meist weniger als 12 Stunden pro Tag. Windenergie kann im Sekundentakt schwanken, genauso wie der Wind. Deshalb werden aktuell noch große Ansammlungen von Batterien benötigt, um die ökologisch produzierte Energie zu speichern. Und genau das ist oft ein teurer Kostenpunkt.

Wenn die Wissenschaftler an der Ohio State University dieses Projekt serienreif machen, könnte das ein Durchbruch für den Ökostrom sein. Bislang hat die Energieproduktion aus Brennstoff oder von Atomkraftwerken in dieser Hinsicht einfach die Nase vorn. Hier kann eine konstante Leistung abgerufen werden.

Die Erfindung hat also mit Sicherheit das Potential den Energiemarkt neu zu sortieren. Das wird zwar natürlich nicht morgen geschehen, aber es sind Modelle, wie diese Innovation, die in einigen Jahren bereits der neue Standard sein können.

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