Weltpremiere atmende Batterie: US-Forscher kombinieren Solarzelle und Speicher in einem System

Columbus, USA - Bisher wurden Solarzellen und Batterien als getrennte Systeme hergestellt und eingesetzt. Amerikanische Forscher haben jetzt in einem Hybridsystem beide Funktionen verbunden. Mit der atmenden Batterie sollen die Photovoltaik-Kosten weiter deutlich sinken.

Es handelt sich nach Angaben der Wissenschaftler der Ohio State University um die weltweit erste Solarbatterie. Herzstück dieser Innovation ist eine Solarzelle mit Gitterstruktur, die Luft für die Aktivierung der Batterie durchlässt. Bisherige erhebliche Effizienzverluste könnten durch diese neue Hybridform vermieden werden. Die Forscher glauben an eine mögliche Kostenersparnis von etwa 25 Prozent.

Neues Solarpatent: Aus zwei Schritten zur Solarspeicherung wird eine einzige Solarbatterie
Die Universität in Columbus hat das neue System zum Patent angemeldet und will es zukünftig lizensieren. Entwickelt wurde die neue Solarbatterie von einem Team unter Leitung des Chemie- und Biochemie-Professors Yiying Wu. Er erklärte, dass bislang zwei aufeinanderfolgende Schritte nötig waren, um Solarstrom zu speichern. Zuerst wurde das Licht in den Solarzellen in Strom umgewandelt. Danach wurde dieser Strom in einer Batterie gespeichert. Sein Team habe nun beide Funktionen in einer Einheit integriert. Bei jeder Speicheraktivität können so Kosten reduziert werden, erklärte Wu.

Fast 100 statt 80 Prozent der Elektronen gelangen in die Batterie
Neben der Gitterstruktur und der Sauerstoff-Durchlässigkeit der Solarzelle trägt auch ein spezieller Prozess des Elektronenaustauschs zwischen Solarmodul und Batterieelektrode zum Erfolg der Photovoltaik-Batterie-Hybridform bei. Innerhalb der Einheit würden Licht und Sauerstoff verschiedene chemische Reaktionen zur Ladung der Batterie ansprechen. Erhebliche Verluste können durch das neue System eliminiert werden. Typischerweise würde nur etwa 80 Prozent der Elektronen den Weg von der Solarzelle in die Batterie schaffen. Dieser Wert kann nun auf nahezu 100 Prozent gesteigert werden, so die Forscher.

Solarforscher Wu: Eine Art atmende Batterie
Wu erklärt weiter: "Im Prinzip handelt es sich um eine atmende Batterie. Diese atmet Luft beim Entladen ein, und atmet Luft beim Laden aus." Die Herausforderung bei der Entwicklung der neuen Solarbatterie lag darin, dass Solarzellen normalerweise aus festen Halbleitermaterialien bestehen, die keine Luft zur Batterie durchlassen. Doktorand Mingzhe Yu hat daher eine neue Solarzelle mit Gitterstruktur entwickelt. Diese basiert auf einem Titan-Geflecht mit einer flexiblen Struktur, auf die vertikale Stangen aus Titandioxid wie Grashalme aufgesetzt werden. Die Luft kann so die Gitterstruktur passieren, während die Stangen das Sonnenlicht einfangen. Eine weitere Besonderheit der Innovation aus Ohio sei, dass nur drei statt normalerweise vier Elektroden benötigt werden. Das Projekt der Solarbatterie wurde auch vom US-Department of Energy unterstützt.