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Solarzelle + Batterie: TU Graz erforscht Hybridsysteme

Im FFG-Projekt SolaBat betritt die TU Graz wissenschaftlich kaum erforschtes Territorium: Photovoltaikzellen sollen mit elektrochemischen Energie-Speichersystemen zu einem Gerät kombiniert werden.

Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Das Team der TU Graz will zwei Einzelsysteme zu einem Hybriden aus Batterie und Solarzelle kombinieren. © Lunghammer - TU Graz

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Heiter bis wolkig: 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.

An der TU Graz ist dieses Forschungsprojekt im Field of Expertise „Advanced Materials Science“ verankert, einem von fünf strategischen Forschungsschwerpunkten.

Kontakt

Ilie HANZU
Dr.
Institut für Chemische Technologie von Materialien
Stremayrgasse 9, 8010 Graz
Tel.: +43 316 873 32329
E-Mail: hanzunoSpam@tugraz.at

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Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Solarzelle trifft Batterie: Ein „2 in 1“-Hybridsystem würde viele Vorteile bringen. © Lunghammer - TU Graz
Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Am Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz wird intensiv an Energieträgern der Zukunft geforscht. Im Bild zu sehen: eine hermetisch und gasdicht abgeschlossene Glovebox. © Lunghammer - TU Graz
Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Ilie Hanzu ist der Leiter des FFG-geförderten Projekts SolaBat. © Lunghammer - TU Graz
Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Ilie Hanzu mit einem Teil des Batterienteams des Instituts für Chemische Technologie von Materialien. © Lunghammer - TU Graz
Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Der Schlüssel zum Erfolg von SolaBat liegt in der neuen Kombination funktioneller Materialien. © Lunghammer - TU Graz
Ilie Hanzu mit einer Batterie und Kabel in den Händen.
Ilie Hanzu mit einer Batterie und einer Solarzelle in den Händen.
Ilie Hanzu, eine Mitarbeiterin und ein Mitarbeiter vor einer Glovebox.
Ilie Hanzu, Porträt im lichtdurchfluteten Stiegenhaus der Neuen Chemie.
Gruppenfoto von Batterienforscherinnen und -forschern der TU Graz.
Junge Forscherin mit einer Batterie.
Zwei junge Batterienforscherinnen bei der konzentrierten Arbeit.
Im Rahmen des Projekts SolaBat soll ein neues Hybridkonzept entwickelt und auf seine Leistungsfähigkeit geprüft werden. © Lunghammer - TU Graz