Das weltweit erste Zentrum für Solarbatterien und optoionische Technologien soll in Bayern entstehen. Die Technische Universität München (TUM) und die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) haben mit Unterstützung des Bayerischen Wirtschaftsministeriums die Weichen für das SolBat-Zentrum gestellt. Im Mittelpunkt der Forschung im SolBat sollen Solarbatterien stehen, die noch weitgehend unerforscht sind. Sie kombinieren Solarzellen und Batterien in einem einzigen Bauteil und können die Energie von Sonnenlicht direkt elektrochemisch ohne den Umweg der Umwandlung in Elektrizität speichern. Mithilfe der Technologie lassen sich beispielsweise tageszeitliche und wetterbedingte Schwankungen des Solarstroms ausgleichen und gleichzeitig die Energieeffizienz durch einen verbesserten Ionenkreislauf erhöhen.

Die Leitung des neuen SolBat-Zentrums übernehmen Jennifer L.M. Rupp, Inhaberin des Lehrstuhls für Festkörperelektrochemie an der TUM, Karsten Reuter, Direktor am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und Bettina V. Lotsch, Direktorin am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in 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“, sagt Jennifer Rupp. „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.“

Zentrum für Solarbatterien stellt Optoionik in den Fokus

Im Fokus vom Zentrum für Solarbatterien steht die Optoionik. Dabei handelt es sich um eine Disziplin, die Festkörperionik und Licht miteinander verbindet. Bettina Lotsch erläutert: „Die Optoionik ermöglicht uns nicht nur die Verbesserung lichtgesteuerter Prozesse in Energiematerialien, sondern auch die Herstellung neuartiger Energiesysteme an der Schnittstelle zwischen Batterien und Photovoltaik, die als direkte ‚Lichtspeicher‘ fungieren. Die Optoionik ist ein Schlüsselfaktor, um die Effizienz von Solarbatterien und die Funktionalität zukünftiger Energiesysteme erheblich zu steigern.“ Von der Forschung des Zentrums versprechen sich die Beteiligten zudem neue Impulse für die Photokatalyse, Sensorik und Künstliche Intelligenz (KI). Der Ansatz des SolBat-Zentrums, experimentelle, theoretische und KI-basierte Forschung zu kombinieren und die gesamte Wertschöpfungskette bis hin zur Entwicklung von Bauteilen zu berücksichtigen, soll eine einzigartige Innovationsplattform für die nächste Generation von Energiespeichern schaffen.

Wie eine Solarbatterie funktioniert

In einer Solarbatterie sind Solarzelle und Batterie nicht getrennt, sondern in einem einzigen Bauteil integriert. 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. So kann man die gleichzeitige Absorption von Licht und die Speicherung elektrochemischer Energie in einem einzigen Bauteil erreichen. Zudem können die Ionen, beispielsweise Lithium- oder Sauerstoffionen, sich durch eine optische Stimulanz schneller innerhalb des Festkörpers bewegen, was die Lade- und Entladevorgänge der Batterie beschleunigen kann.

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

Quelle: TUM | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH