Solarzelle und Batterie: TU Graz erforscht Hybridsysteme
Photovoltaikzellen sollen mit elektrochemischen Energie-Speichersystemen zu einem Gerät kombiniert werden. Das Projekt „SolarBat“ soll ein neues Hybridsystem hervorbringen.
Nachhaltige Energieversorgung muss unabhängig von naturgegebenen Schwankungen erneuerbarer Energiequellen, etwa Sonnenstrahlung, sein. Die Kopplung von umweltfreundlichen Energiequellen mit zuverlässigen Energiespeichersystemen ist daher ein ebenso notwendiges wie bekanntes Konzept. „Derzeit sind miteinander verbundene Einzelsysteme im Einsatz, die aus Photovoltaikzellen, meist bleibasierten Akkus und Unmengen an Kabel bestehen. Solarpaneele am Dach, und eine Batterie im Keller: Das braucht viel Platz, ist wartungsintensiv, und nicht optimal effizient“, schildert Ilie Hanzu vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz. „Wir wollen nun aus zwei Einzelsystemen einen Hybriden zwischen Batterie und Solarzelle machen, der elektrische Energie sowohl umwandeln als auch speichern kann“. Hanzu betritt mit seinem Team und in Kooperation mit dem Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz ZFE ein noch weitgehend unbekanntes Wissenschaftsfeld: Im Rahmen des Projekts SolaBat wollen sie ein neues, anwendungsrelevantes Konzept entwickeln und auf seine Leistungsfähigkeit prüfen.
Neue Materialien kombinieren
Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der neuen Kombination funktioneller Materialien. Hanzu erklärt: „In dem Hybridsystem teilen sich leistungsstarke Materialien ihre Aufgaben in der Solarzelle und in der Batterie. Wir brauchen Materialien, die ihre jeweiligen Aufgaben zuverlässig erfüllen sowie mit anderen Materialien elektrochemisch kompatibel sind, damit sie in einem Gerät zusammen funktionieren.“ Statt umweltschädlicher kobalthaltiger Elektroden sollen umweltfreundliche Titanate als Aktivmaterialien eingesetzt werden. Auch polymerbasierte, also organische Solarzellen könnten zum Einsatz kommen. „Wir müssen wissen, was passiert, wenn die Materialien miteinander in Kontakt kommen. Deshalb untersucht das ZFE als unser Projektpartner die zugrundeliegenden Grenzflächeneffekte und -reaktionen“, so Hanzu. Die anderen drei Arbeitspakete des Projekts konzentrieren sich auf Materialien für die Photovoltaikseite und für die Batterieseite sowie auf die Materialkompatibilität und den Zusammenbau der beiden Komponenten zu einem Gerät.
Hybrid für alle Fälle
Die Vorteile eines „2 in 1“-Hybridsystems sind klar: Es ist platzsparend, effizient und vergleichsweise simpel in der Handhabung. Im Projekt SolaBat werden die Grundlagen erarbeitet und erprobt, dennoch zeichnen sich vom Handyakku über Autobatterien bis zu größeren Solaranlagen schon jetzt vielfältige potentielle Einsatzmöglichkeiten eines solchen Systems ab. Dazu Hanzu: „Unsere Vorarbeiten waren bereits sehr vielversprechend und ich bin zuversichtlich, dass wir am Ende von SolaBat ein funktionierendes Konzept für einen Photovoltaik-Batterie-Hybriden vorstellen können. Wo genau ein solches System anschließend Verwendung findet, lässt sich wie bei vielen Grundlagenprojekten noch nicht determinieren – die Möglichkeiten sind jedenfalls mannigfaltig“. In der Batterieforschung sei zudem zu beachten, dass verschiedene Anwendungen auch unterschiedliche Anforderungen mit sich bringen: „Bei Batterien in Mikroanwendungen oder Kleingeräten wie beispielsweise Smartphones steht die Platzfrage an erster Stelle, das Gewicht ist zweitranging. Im Fall von Autobatterien ist hingegen das Gewicht der wichtigste Parameter, weniger der Platz.“
Nährboden Leadprojekt
SolaBat ist das ausgekoppelte Kernthema eines früheren Antrags zur Förderung eines internen Leadprojekts der TU Graz. Das Grundlagenprojekt des Energie- und Klimafonds wird nunmehr von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG in der Förderlinie emerging technologies unterstützt – das neuartige, universitätsinterne Förderkonzept Leadprojekt war damit der Nährboden für SolaBat. In den kommenden drei Jahren stehen dem Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz gemeinsam mit dem Zentrum für Elektronenmikroskopie ZFE der Austrian Cooperative Research rund 700.000 Euro zur Verfügung.
