Durch intramolekulare Reaktionen ist es möglich, die Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie in einem einzigen Molekül zu vereinigen. Dies könnte die Grundlage zum Bau von energiespeichernden Solarzellen sein. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) bearbeiten diese Fragestellung aktuell in zwei Forschungsprojekten.
Ansatzpunkt für die Speicherung von Solarenergie
In zwei Gemeinschaftsprojekten suchen die Wissenschaftler nach neuen Ideen zur molekularen Sonnenenergiespeicherung und erforschen Moleküle und Prozesse, die sowohl eine effiziente Speicherung als auch eine kontrollierte Energiefreisetzung ermöglichen. Denkbar ist dabei sogar eine direkte Umwandlung der gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie. Eine Vision, die den Bau einer „energiespeichernden Solarzelle“ ermöglichen würde.
Grundlage der Forschungen ist das sogenannte „Norbornadien-Quadricyclan-Speichersystem“. Die Substanzen Norbornadien (NBD) und Quadricyclan (QC) sind Kohlenwasserstoffe und werden in der Fachwelt schon seit längerer Zeit als potenzielle Kandidaten für die Speicherung von Sonnenenergie diskutiert: Unter Einwirkung von Licht kann sich das Molekül Norbornadien in einer Reaktion innerhalb des Moleküls zu Quadricyclan verwandeln. Dabei wird eine Energiedichte erreicht, die der einer Hochleistungsbatterie entspricht. Auf Grund dieser Eigenschaft wird Quadricyclan auch als „Solar Fuel“ – also als solarer Treibstoff – bezeichnet.
Effiziente Speicherung, kontrollierte Energiefreisetzung
Das Teil-Projekt „Photochemisch und magnetochemisch ausgelöste Speicherung / Freisetzung von Sonnenenergie in gespannten organischen Verbindungen“ wird von Prof. Dr. Dirk Guldi und Prof. Dr. Andreas Hirsch geleitet. Die Wissenschaftler arbeiten an der Herstellung verschiedener neuer Familien von NBD- und QC-Derivaten. Darüber hinaus untersuchen sie systematisch den Einfluss von Photosensibilisatoren und Elektronenakzeptoren sowie von Lösungsmitteln und Magnetfeldern innerhalb dieses Prozesses. Langfristiges Ziel der Forscher ist es, einen geschlossenen System-Brennstoffzyklus für molekulare Speichermedien zu realisieren.
Im Teil-Projekt „Katalytische und elektrochemische Wiedergabe von in verspannten organischen Verbindungen gespeicherter Sonnenenergie“ arbeiten Prof. Dr. Julien Bachmann, Prof. Dr. Jörg Libuda und Dr. Christian Papp zusammen. Die drei Wissenschaftler entwickeln neue Katalysatorsysteme und Elektroden, mit denen chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dieses Funktionsprinzip wollen sie konzeptionell anhand von Hybridgrenzflächen mit geeigneter elektronischer Struktur, chemischer Struktur und elektrochemischer Stabilität nachweisen.
Grundlage für „energiespeichernde Solarzelle“
Die Ergebnisse beider Teilprojekte zusammen könnten die Grundlagen zum Bau einer „energiespeichernden Solarzelle“ sein. Der Strom, der bei Sonnenschein erzeugt wird, könnte über intramolekulare Reaktionen intelligent gespeichert und hocheffizient genutzt werden. Das Projekt wir mit Fördermitteln in Höhe von mehr als einer Million Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt. (fei)