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US-Forscher entwickeln wasserbasierte Solarbatterie

Die Farbstoffsolarzelle des Prototyps der „aqueous solar flow battery“ wandelt mithilfe roter Farbe Lichtenergie in elektrische Energie um. (Foto: Kevin Fitzsimons, Ohio State University)
Die Farbstoffsolarzelle des Prototyps der „aqueous solar flow battery“ wandelt mithilfe roter Farbe Lichtenergie in elektrische Energie um. (Foto: Kevin Fitzsimons, Ohio State University)

Forscher der Ohio State University haben die weltweit erste Solarbatterie entwickelt. Die vom amerikanischen Energieministerium geförderte wasserbasierte Flow-Batterie soll 20 Prozent effizienter sein als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus.

08.08.2015 – Nachdem im vergangenen Herbst die US-Wissenschaftler die erste Solarbatterie feierten, wird diese stetig weiterentwickelt. Nun berichteten sie im Fachblatt Journal of the American Chemical Society, dass ihre Erfindung, die eine Solarzelle und eine Batterie in nur einem Gerät vereint, schnelle Fortschritte macht. Die Erfinder setzen nun anstatt auf luftbasierte auf wasserbasierte Elektrolyte im Innern der Batterie. Damit gehört die Solarbatterie zu den sogenannten „aqueous flow batteries“.

„Sie ist kompatibel mit aktuelle Batterietechnologien, sehr einfach zu integrieren, umweltfreundlich und einfach in der Handhabung und Wartung“, erklärt Yiying Wu, Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University die Erfindung. An der Entwicklung von Redox-Flow-Batterien, auch Flüssigbatterie oder Nasszelle genannt, arbeiten viele Forscher weltweit. Denn sie gelten zumindest theoretisch als bezahlbare und aussichtsreiche Energiespeicher, sowohl direkt für überschüssigen Strom als auch in Elektroaus.

Das Solarpanel des ersten Prototyps wurde aus einem Titanium-Netz gefertigt, damit Luft durch die Batterie strömen konnte. Da das neue wasserbasierte Design keine Luft mehr benötigt, ist das Solarpanel nun eine solide Platte. Bei der Solarzelle handelt es sich um eine Farbstoffsolarzelle (Grätzel-Zelle), da die Forscher rote Farbe zur Absorption von Licht und so zur Generierung von Elektronen nutzen.

20 Mal leistungsfähiger als Lithium-Ionen-Batterien

Für die Übertragung der Elektronen von der Solarzelle zur Batterie wurde zunächst ein konventionelles flüssiges Elektrolyt aus Salz und Lösungsmittel verwendet. Das Elektrolyt ersetzten die Wissenschaftler nun durch Wasser und Lithiumiodid, das für eine günstige, hochenergetische und umweltfreundliche Speichermöglichkeit der Energie sorgt.

Als Vergleich für ihre Erfindung wählten die Forscher eine normale Lithium-Ionen-Batterie. Beide Batterien wurden 25 Mal geladen und mit einer Spannung von 3,3 Volt entladen. Die neue wasserbasierte Solarbatterie benötigte für die Erreichung des Werts allerdings weniger Ladung, nämlich nur 2,9 Volt. Den Rest gab die Solarzelle dazu. Die herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie benötigte 3,6 Volt, was eine Energieeinsparung von 20 Prozent für die wasserbasierte Solarbatterie ergibt.

Mit ihrer Erfindung stehen die Forscher erst am Anfang und werden weiterhin an der Effizienz ihrer Solarbatterie arbeiten. Wu und seine Kollegen hoffen aber, dass diese Technologie einmal einen wichtigen Beitrag zur Integrierung Erneuerbarer Energien leisten kann. cw


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