Schnittstelle zwischen Photovoltaik, Photokatalyse und elektrochemischen Energiespeichern Neuartige Sonnenbatterien in Entwicklung

Das Projekt SolBat hat zum Ziel, neuartige „Lichtspeicher“ zu entwickeln, die Solarzellen und Batterien in einem Bauteil zusammenführen. Solche Sonnenbatterien (Solarbatterien) lassen sich entweder mit Licht laden, oder das Licht trägt zur Beschleunigung des elektrischen Ladeprozesses bei. Zudem sind Solarzellen denkbar, die als „Sonnenpuffer“ fungieren, indem sie das Sonnenlicht zwischenspeichern und damit die fluktuierende Verfügbarkeit von Sonnenenergie ausgleichen.

Basis ist die Forschungsrichtung Optoionik

Die Basis solcher Solarbatterien ist die sogenannte Optoionik, eine jüngst am MPI für Festkörperphysik etablierte Forschungsrichtung. Die Optoionik beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von Licht mit Ionen in Festkörpern, wie eben den Lithiumionen in Lithium-Ionen-Batterien. Das Potenzial dieses wissenschaftlichen Neulands ist enorm: Die Möglichkeit, Ionen mit Licht zu kontrollieren, eröffnet Perspektiven für neuartige optoionische Technologien an der Schnittstelle zwischen Photovoltaik, Photokatalyse und elektrochemischen Energiespeichern – von der zeitversetzten Entwicklung solarer Brennstoffe wie Wasserstoff im Dunkeln („dunkle Photokatalyse“) bis hin zu licht-getriebenen Brennstoffzellen, Sensoren oder neuronaler Datenspeicherung.

Die SolBat-Initiative unter der Leitung von Professor Bettina V. Lotsch, Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart (MPI-FKF) und Professor Karsten Reuter, Fritz-Haber-Institut (FHI) Berlin, hat den Anspruch, das grundlegende Verständnis optoionischer Materialien und Prozesse voranzutreiben und neuartige Anwendungsfelder für optoionische Prozesse zu erschließen. Dabei stehen innovative, skalierbare Energietechnologien ebenso im Fokus wie das Energiemanagement miniaturisierbarer Mikrosysteme für das Internet of Things oder die Datenverarbeitung.

Konzertierter Ansatz aus Experiment und Theorie essentiell

Die Realisierung solcher optoionischer Prozesse hängt maßgeblich von der Verfügbarkeit optoionischer Materialien ab. Um die Entdeckung solcher Materialien zu beschleunigen und damit optoionische Technologien voranzutreiben, ist ein konzertierter Ansatz aus Experiment und Theorie essentiell. Daher arbeiten die experimentelle Abteilung Nanochemie (Bettina V. Lotsch) und die Theorie-Abteilung am FHI (Karsten Reuter) im Rahmen von SolBat Hand in Hand, um datengestützte Materialvorhersage, KI-basierte Auswertungsverfahren und robotische Materialsynthese in einer engen Rückkopplungsschleife zu integrieren und die neuartigen und translationalen Komponenten des Vorhabens voranzutreiben.

Durch die Kombination aus Grundlagenforschung und neuartigen Anwendungen leistet die SolBat-Initiative damit Pionierarbeit an der Schnittstelle zwischen Energiekonversion und -speicherung und entwickelt neue Lösungsansätze für den massiv gestiegenen Energiespeicherbedarf der Zukunft.