Die Vereinigung der Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie in einem einzigen Molekül könnte maßgeblich für die Entwicklung von energiespeichernden Solarzellen sein. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg bearbeiten diese Fragestellung aktuell in zwei Forschungsprojekten und erhalten dafür Fördermittel in Höhe von mehr als einer Million Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
Chemische Konzepte zur Energiespeicherung
Strom aus einer regenerativen Energiequelle wie Sonne oder Wind steht nur dann zur Verfügung, wenn der Wind bläst und die Sonne scheint. Wird zu diesem Zeitpunkt gerade wenig Strom benötigt, ist es sehr schwer, den restlichen Strom zu speichern. Neue Konzepte sind gefragt, die Forscher der FAU aus dem Department Chemie und Pharmazie setzen hierfür auf chemische Konzepte zur Energiespeicherung.
In zwei Gemeinschaftsprojekten suchen die Wissenschaftler nach neuen Ideen zur molekularen Sonnenenergiespeicherung und erforschen Moleküle und Prozesse, die sowohl eine effiziente Speicherung als auch eine kontrollierte Energiefreisetzung ermöglichen sollen. Denkbar ist dabei sogar eine direkte Umwandlung der gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie. Eine Vision, die den Bau einer energiespeichernden Solarzelle ermöglichen könnte.
Energiedichte wie die einer Hochleistungsbatterie
Grundlage der Forschungen ist das Norbornadien-Quadricyclan-Speichersystem. Die Substanzen Norbornadien (NBD) und Quadricyclan (QC) sind Kohlenwasserstoffe und werden in der Fachwelt schon seit längerer Zeit als potenzielle Kandidaten für die Speicherung von Sonnenenergie diskutiert. Denn unter Einwirkung von Licht kann sich das Molekül Norbornadien in einer Reaktion innerhalb des Moleküls zu Quadricyclan verwandeln. Dabei wird eine Energiedichte erreicht, die der einer Hochleistungsbatterie entspricht. Auf Grund dieser Eigenschaft wird Quadricyclan auch als Solar Fuel, also als solarer Treibstoff, bezeichnet.
Das Teil-Projekt: „Photochemisch und magnetochemisch ausgelöste Speicherung/Freisetzung von Sonnenenergie in gespannten organischen Verbindungen“, wird von Prof. Dr. Dirk Guldi und Prof. Dr. Andreas Hirsch geleitet. Die Wissenschaftler arbeiten an der Herstellung verschiedener neuer Familien von NBD- und QC-Derivaten. Darüber hinaus untersuchen sie systematisch den Einfluss von Photosensibilisatoren und Elektronenakzeptoren sowie von Lösungsmitteln und Magnetfeldern innerhalb dieses Prozesses. Langfristiges Ziel der Forscher ist es, einen geschlossenen System-Brennstoffzyklus für molekulare Speichermedien zu realisieren.
Chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandeln
Im Teil-Projekt: „Katalytische und elektrochemische Wiedergabe von in verspannten organischen Verbindungen gespeicherter Sonnenenergie“, arbeiten Prof. Dr. Julien Bachmann, Prof. Dr. Jörg Libuda und Dr. Christian Papp zusammen. Die drei Wissenschaftler entwickeln neue Katalysatorsysteme und Elektroden, deren Aufgabe es sein soll die chemische Energie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Dieses Funktionsprinzip wollen sie konzeptionell anhand von Hybridgrenzflächen mit geeigneter elektronischer Struktur, chemischer Struktur und elektrochemischer Stabilität nachweisen.
Die Ergebnisse beider Teilprojekte zusammen könnten die Grundlagen zum Bau einer energiespeichernden Solarzelle sein. Der Strom, der bei Sonnenschein erzeugt wird, könnte über intramolekulare Reaktionen intelligent gespeichert und im Anschluss genutzt werden.
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