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Nachrichten, Termine, Experten
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• Energie von Sonnenlicht direkt elektrochemisch speichern
• Optoionik als Querschnittswissenschaft zwischen Optoelektronik und Festkörperionik
• Bayern als internationaler als Innovationsführer bei solarer Energiespeicherung
Das weltweit erste Zentrum für Solarbatterien und optoionische Technologien entsteht in Bayern. Die Technische Universität München (TUM) und die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) haben dafür mit Unterstützung des Bayerischen Wirtschaftsministeriums die Weichen gestellt. Mit dem SolBat-Zentrum soll ein einzigartiges Forschungsökosystem aufgebaut werden, um neuartige Energiespeicher zu erforschen und die Solarenergie noch effizienter und flexibler nutzen zu können.
Im Mittelpunkt stehen Solarbatterien, die noch weitgehend unerforscht sind. Sie kombinieren Solarzellen und Batterien in einem einzigen Bauteil und können die Energie von Sonnenlicht direkt elektrochemisch speichern – ohne den Umweg der Umwandlung in Elektrizität. Mithilfe der Technologie lassen sich beispielsweise tageszeitliche und wetterbedingte Schwankungen des Solarstroms ausgleichen und gleichzeitig die Energieeffizienz durch einen verbesserten Ionenkreislauf erhöhen. Die Optoionik – eine Querschnittswissenschaft zwischen Optoelektronik und Festkörperionik, die sich mit der Kontrolle von Ionen durch Licht beschäftigt – lässt enormes Potential für diverse solare und optische Anwendungstechnologien erwarten.
Die Leitung des neuen SolBat Zentrum übernehmen Prof. Jennifer L.M. Rupp, Inhaberin des Lehrstuhls für Festkörperelektrochemie an der TUM sowie Fellow am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Prof. Karsten Reuter, Direktor am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und Distinguished Affiliated Professor an der TUM, sowie Prof. Bettina V. Lotsch, Direktorin am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart und Honorarprofessorin an den Universitäten München (LMU) und Stuttgart. Alle drei sind auch Vorstandsmitglieder des Exzellenzclusters e-conversion, auf dessen Ergebnissen, Expertennetzwerk und interdisziplinärer Grundlagenforschung das neue Zentrum maßgeblich aufbaut.
Jennifer Rupp betont: „Die Verschmelzung von Solar- und Batterietechnologien wird eine neue Dimension für die Zukunft der nachhaltigen Energieversorgung eröffnen. Das Konzept unseres weltweit einzigartigen Zentrums setzt auf eine enge Verzahnung von Grundlagenforschung und Technologieentwicklung. Wir sehen hier die Chance, Energiesysteme deutlich kompakter und effizienter zu gestalten.“
Bayerns Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger gibt bekannt, dass der Freistaat das SolBat-Zentrum mit bis zu acht Millionen Euro fördert: „Wir stehen heute vor nie dagewesenen Herausforderungen in den Bereichen Energie und Nachhaltigkeit. Um neue Energielösungen zu entwickeln, sind moderne Materialien ebenso wichtig wie neue Konzepte zur Energiekonversion und -speicherung. Ich bin überzeugt, dass die SolBat-Initiative starke Lösungsbeiträge für den massiv gestiegenen Energiespeicherbedarf der Zukunft leisten wird. Mit unserer finanziellen Unterstützung von Infrastrukturmaßnahmen am Standort Garching der TUM tragen wir dazu bei, Bayern an der Innovationsspitze der solaren Energiespeicherung zu positionieren.“
Optoionik: Ein neuer Forschungszweig mit weitreichendem Potenzial
Im Fokus des Zentrums steht die Optoionik, eine zukunftsweisende Disziplin, die Festkörperionik und Licht miteinander verbindet. Bettina Lotsch erläutert: „Die Optoionik ermöglicht uns nicht nur die Verbesserung lichtgesteuerter Prozesse in Energiematerialien, sondern auch die Herstellung neuartiger Energiesysteme an der Schnittstelle zwischen Batterien und Photovoltaik, die als direkte ‚Lichtspeicher‘ fungieren. Die Optoionik ist ein Schlüsselfaktor, um die Effizienz von Solarbatterien und die Funktionalität zukünftiger Energiesysteme erheblich zu steigern.“ Von der Forschung des Zentrums versprechen sich die Beteiligten zudem neue Impulse für die Photokatalyse, Sensorik und Künstliche Intelligenz (KI).
Karsten Reuter hebt die Bedeutung der theoretischen Modellierung für die Entwicklung von Solarbatterien hervor: „Mit Hilfe präziser Simulationen können wir die komplexen Wechselwirkungen zwischen Licht und Ionenbewegungen in den Materialien besser verstehen. Dieses Verständnis wird von Anfang an in KIs einfließen, die zunehmend die Planung der Experimente übernehmen werden, um Materialien und Prozesse gezielt zu optimieren und neue Funktionalitäten zu erschließen.“ Der Ansatz des SolBat Zentrums, experimentelle, theoretische und KI-basierte Forschung zu kombinieren und die gesamte Wertschöpfungskette bis hin zur Entwicklung von Bauteilen zu berücksichtigen, schafft eine einzigartige Innovationsplattform für die nächste Generation von Energiespeichern.
Wie eine Solarbatterie funktioniert
In einer Solarbatterie sind Solarzelle und Batterie nicht getrennt, sondern in einem einzigen Bauteil integriert. Das ermöglicht die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrochemische Energie und ihre Speicherung. Der Prozess beginnt, wenn Photonen (Lichtteilchen) auf die lichtabsorbierende Schicht treffen und dort Elektronen anregen. Die entscheidende Innovation von Solarbatterien ist, dass das Licht nicht nur die Elektronen anregt, sondern auch die Ionenbewegungen beeinflusst. So wird die gleichzeitige Absorption von Licht und die Speicherung elektrochemischer Energie in einem einzigen Bauteil ermöglicht. Zudem können die Ionen, beispielsweise Lithium- oder Sauerstoffionen, sich durch eine optische Stimulanz schneller innerhalb des Festkörpers bewegen, was die (Ent)ladevorgänge der Batterie beschleunigen kann.
Im Entladevorgang läuft der Prozess umgekehrt ab: Die gespeicherte elektrochemische Energie wird freigesetzt, wobei die Ionen zurückwandern und ein elektrischer Strom erzeugt wird. Die simultane Nutzung von Lichtabsorption und Ladungsspeicherung kann Verluste reduzieren, die bei herkömmlichen Systemen durch getrennte Erzeugungs- und Speicherprozesse auftreten. Zudem eröffnet die Optoionik neue Perspektiven für die Herstellung hochintegrierter und flexibel außerhalb des Stromnetzes einsetzbarer Lichtspeicher.
Partnerschaft und Unterstützung
Das SolBat Zentrum ist das Ergebnis einer gleichberechtigten strategischen Zusammenarbeit von TUM und Max-Planck-Gesellschaft, gefördert durch die bayerische Staatsregierung. TUM-Präsident Prof. Thomas F. Hofmann betont: „Das Zentrum ist in seiner Struktur einzigartig. Es soll Bayern und Deutschland international als Innovationsführer im Bereich der solaren Energiespeicherung positionieren. Dabei profitiert es von der hervorragenden Energieforschungslandschaft am Campus Garching, wie dem von der DFG geförderten Exzellenzcluster e-conversion, dem Walter-Schottky-Institut der TUM (Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien) und TUMint. Energy Research.“ Das SolBat Zentrum leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der Energieforschung und versteht sich als Innovationsmotor für die Energiewende 2.0.
Weitere Informationen:
• Exzellencluster e-conversion https://www.e-conversion.de/de/
• Fritz-Haber-Institut der MPG zum Projekt SolBat https://www.fhi.mpg.de/1452415/2024-02-07_SolBat_Funding?c=260807
• Max-Planck-Institut für Festkörperforschung zum Projekt SolBat
https://www.fkf.mpg.de/8172596/2024_02_Gouder
Zusatzinformationen für Redaktionen:
Fotos zum Download: https://go.tum.de/781682
Kontakt im TUM Corporate Communications Center:
Ulrich Meyer
Pressesprecher
Tel. +49 89 289 22779
presse@tum.de
www.tum.de
Prof. Dr. Jennifer L.M. Rupp
Technische Universität München
Professur für Chemie der Festkörperelektrolyte
+49 89 289 - 54440
jrupp@tum.de
https://ecm-tum.de
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Chemistry, Energy
transregional, national
Research projects
German
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