Solarzelle trifft Batterie: Realisierung eines Hybrid-Energiesystems

Eine der größten gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen, der wir im 21. Jahrhunderts begegnen, ist es, Lösungsstrategien zu finden, die eine sichere und vor allem nachhaltige Energieversorgung und -speicherung garantieren. Eine inkrementelle Verbesse-rung existierender Systeme und Ansätze reicht dazu oftmals nicht aus. Stellen wir uns diesem Ziel, dann müssen effizientere, billigere und umweltfreundlichere Energiequellen eingesetzt werden, die mit modernen und zuverlässigen Energiespeichersystemen gekoppelt sind. Diese Kombination schafft die nötige Unabhängigkeit von naturgegebenen Energieschwankungen, wie zB der Sonneneinstrahlung im Falle von Solarzellen. Auch für eine Vielzahl von mobilen Kleinstgeräten aus den Bereichen Kommunikation, Versorgung oder Medizin. Die Entwicklung derartiger Systeme, welche elektrische Energie auch für das Stromnetz speichern können ist die Mission desvorliegenden Projekts SolaBat, mit welchem man auf-grund der wenigen passenden Konzepte wissenschaftliches Neuland betritt. Leistungsstarke Materialien sind der Schlüssel zum Erfolg, um intelligente Energiespei-cher mit langlebigen Umwandlungssystemen zu koppeln.

Der rasante Fortschritt in den Ma-terial¬wissenschaften, die sich seit vielen Jahren der Untersuchung von Struktur-Eigen¬schafts¬-beziehungen gewidmet hat, erlaubt es nun, maßgeschneiderte Funk¬tions¬materialien unter Zuhilfenahme von modernsten experimentellen Methoden zu entwickeln und die Mög-lichkeiten ihrer elektrischen und elektrochemischen Kompatibilität im Sinne von Potentialdif-ferenzen und der Lage ihrer Fermi-Niveaus zu beschreiben. Zeitgemäßes Kernziel des Projektes ist daher die Realisierung eines sog. hybrid devices (HD), dh, eines Systems, das die direkte Kopplung von Photovoltaikzellen mit elektrochemi-schen Speichersystemen (zB Li-Ionenbatterien) darstellt.

SolaBat kombiniert Energiespei-cherungs- und Energiekonversionssysteme in einem ganzheitlichen Ansatz, der in vier sich durchdringenden Arbeitspaketen gegliedert ist.

(A1) Materialien für die Batterieseite,
(A2) Materialien für die Photovoltaik-Seite,
(B) Assemblierung des HD, Untersuchung der Kompatibilität
(C) strukturelle und mor-phologische Untersuchungen der Grenzflächeneffekte und -Reaktionen.

Die sich ergänzenden Forschungsthemen werden durch ein erfahrenes Projektteam mit komplementären Kompetenzen bearbeitet. Die Entwicklung des hybrid devices (HD) wird aus unterschiedlichen Blickwinkeln verfolgt und soll in einem ferneren Ausblick auch Na-Ionenbatterien für eine Integration vorsehen. Wir erwarten uns, dass das Projekt einen Weg aufzeigt, wie hybride Energiesysteme verwirklicht werden können, unsere Strategie sieht die Verwendung von Übergangsmetalloxiden (Kathode) und Titanaten/Legierungen (Anode) vor.

Das Projekt wird auch zur Profilschärfung und sichtbaren Fokussierung der österreichi-schen Grundlagenforschung im Bereich der Energiespeicher- und Energiekonversionssys-teme beitragen. Durch die zu erwartenden synergistischen Effekte des interdisziplinären An-satzes erwarten wir, dass Ergebnisse aus der Grundlagenforschung rasch die Aufmerksam-keit anderer Forschungseinrichtungen und der Industrie auf sich ziehen wird.