Portrait Projekt SolBat
Gemeinsames Projekt zwischen dem Max-Planck-Istitut für Festkörperforschung in Stuttgart und dem Fritz Haber Institut in Berlin
Unsere Gesellschaft steht heute vor nie dagewesenen Herausforderungen in den Bereichen Energie und Nachhaltigkeit. Um neuartige Energielösungen für die „Energiewende 2.0“ zu entwickeln, sind moderne Materialien ebenso wichtig wie neue Konzepte zur Energiekonversion und -speicherung.
Dabei bilden erneuerbare Energien das Rückgrat der Energiewende: Die global verfügbare Sonnenenergie übersteigt den weltweiten Bedarf um ein Vielfaches. Gleichzeitig stellt uns ihre fluktuierende Verfügbarkeit vor enorme Herausforderungen bei der Einspeisung ins Stromnetz. Von besonderer Bedeutung sind daher Brückentechnologien, die Energieumwandlung und -speicherung flexibel zusammenführen und damit in der Lage sind, die fluktuierende Verfügbarkeit der Wind- und Sonnenenergie abzufedern. Insbesondere werden „Sonnenpuffer“ benötigt, die nicht nur saisonale (Sommer-Winter) und tageszeitliche (Tag-Nacht) Schwankungen ausgleichen, sondern auch kurzfristige wetterbedingte Schwankungen auf der Zeitskala von Stunden und Minuten.
Das Projekt SolBat hat zum Ziel, neuartige „Lichtspeicher“ zu entwickeln, die Solarzellen und Batterien in einem Bauteil zusammenführen. Solche Sonnenbatterien (Solarbatterien) lassen sich entweder mit Licht laden, oder das Licht trägt zur Beschleunigung des elektrischen Ladeprozesses bei. Zudem sind Solarzellen denkbar, die als „Sonnenpuffer“ fungieren, indem sie das Sonnenlicht zwischenspeichern und damit die fluktuierende Verfügbarkeit von Sonnenenergie ausgleichen.
Die Basis solcher Solarbatterien ist die sogenannte Optoionik, eine jüngst am MPI für Festkörperphysik etablierte Forschungsrichtung. Die Optoionik beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von Licht mit Ionen in Festkörpern, wie eben den Lithiumionen in Lithiumionenbatterien. Das Potenzial dieses wissenschaftlichen Neulands ist enorm: Die Möglichkeit, Ionen mit Licht zu kontrollieren, eröffnet Perspektiven für neuartige optoionische Technologien an der Schnittstelle zwischen Photovoltaik, Photokatalyse und elektrochemischen Energiespeichern – von der zeitversetzten Entwicklung solarer Brennstoffe wie Wasserstoff im Dunkeln („dunkle Photokatalyse“) bis hin zu licht-getriebenen Brennstoffzellen, Sensoren oder neuronaler Datenspeicherung.
Die SolBat-Initiative unter der Leitung von Professor Bettina V. Lotsch, Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart (MPI-FKF) und Professor Karsten Reuter, Fritz-Haber-Institut (FHI) Berlin, hat den Anspruch, das grundlegende Verständnis optoionischer Materialien und Prozesse voranzutreiben und neuartige Anwendungsfelder für optoionische Prozesse zu erschließen. Dabei stehen innovative, skalierbare Energietechnologien ebenso im Fokus wie das Energiemanagement miniaturisierbarer Mikrosysteme für das Internet of Things oder die Datenverarbeitung.
Die Realisierung solcher optoionischer Prozesse hängt maßgeblich von der Verfügbarkeit optoionischer Materialien ab. Um die Entdeckung solcher Materialien zu beschleunigen und damit optoionische Technologien voranzutreiben, ist ein konzertierter Ansatz aus Experiment und Theorie essentiell. Daher arbeiten die experimentelle Abteilung Nanochemie (Bettina V. Lotsch) und die Theorie-Abteilung am FHI (Karsten Reuter) im Rahmen von SolBat Hand in Hand, um datengestützte Materialvorhersage, KI-basierte Auswertungsverfahren und robotische Materialsynthese in einer engen Rückkopplungsschleife zu integrieren und die innovativen, translationalen Komponenten des Vorhabens voranzutreiben.
Durch die Kombination aus Grundlagenforschung und innovativen Anwendungen leistet die SolBat-Initiative damit Pionierarbeit an der Schnittstelle zwischen Energiekonversion und -speicherung und entwickelt neue Lösungsansätze für den massiv gestiegenen Energiespeicherbedarf der Zukunft.
