Neuste Entwicklungen in der Energiespeicherung versprechen einen zukunftsweisenden Ansatz für die Nutzung erneuerbarer Energien. Forschende der Technischen Universität München (TUM), des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung und der Universität Stuttgart haben ein neuartiges Material entwickelt, das sowohl Sonnenlicht absorbiert als auch einen Langzeit-Speicher für Energie darstellt. Dieses hochporöse, zweidimensionale organische Gerüstmaterial, ein sogenanntes covalent organic framework (COF), basiert auf Naphthalendiimid und ermöglicht die Speicherung von Energien über 48 Stunden im wässrigen Medium.
Das innovative Material stabilisiert die Ladungen, die während des Sonnenlichtabsorbierens entstehen, indem es die Orientierung der umgebenden Wassermoleküle beeinflusst. Dies schafft eine energetische Barriere, die die Rekombination dieser Ladungen verhindert. Mit einer Speicherkapazität von 38 mAh/g übertrifft es viele existierende optoionische Materialien sowie vergleichbare Gerüstmaterialien und andere molekulare Halbleiter.
Technologische Funktionalitäten und Vorteile
Die Kombination von Lichtnutzung und Langzeitspeicherung in einem metallfreien Material eröffnet neue Perspektiven für die Energiespeicherung. Diese Entwicklung wird durch den Exzellenzcluster e-conversion gefördert, der ziele, mehr Effizienz in der Umwandlung und Speicherung von Energie zu erreichen. COFs, die auf retikulärer und dynamischer kovalenter Chemie basieren, bieten ein großes Potenzial in der Entwicklung fortschrittlicher Energiegeräte. Dies wird durch Flexibilität im Design und anpassbare Porosität der Membranen unterstützt, die neue Möglichkeiten in der Energiespeicherung und -umwandlung ermöglichen.
Gemäß dem Artikel bieten aktuelle Forschungsergebnisse einen umfassenden Überblick über COF-Membranen in energiespezifischen Anwendungen, einschließlich Brennstoffzellen, wiederaufladbaren Batterien, Superkondensatoren und foto-osmotischer Energieumwandlung. Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auch auf Synthesemethoden und innovative Anwendungen dieser Materialien.
Zukünftige Herausforderungen und Möglichkeiten
Ein bedeutendes Thema im Bereich der Energiespeicherung ist die Notwendigkeit, die Nutzung erneuerbarer Energien zu adressieren, die stark von Tageszeit und Wetterbedingungen abhängt. Alexander Opitz, Professor für elektrochemische Energieumwandlung an der Technischen Universität Wien, betont die Bedeutung neuer Technologien, wie etwa der Sauerstoffionenbatterien, die ohne kritische Elemente wie Lithium oder Kobalt auskommen. Diese Batterien könnten die Abhängigkeit von geopolitischen Rohstoffen verringern und sind nicht brennbar sowie ungiftig.
Durch die reversible Bewegung von Sauerstoffionen zwischen den Elektroden bei Temperaturen von 300 bis 500 °C bieten Sauerstoffionenbatterien erhebliche Vorteile. Diese Technologie soll die stationäre Energiespeicherung unterstützen, indem sie elektrische Energie von Zeiten hoher Produktion auf Zeiten hoher Nachfrage verschiebt. Michael Strugl, CEO von VERBUND, hebt die Dringlichkeit kontinuierlicher Forschung hervor, um die Transformation des Energiesystems voranzubringen.
Die Eröffnung des Christian Doppler Labors zur Erforschung von Sauerstoffionenbatterien stellt einen wichtigen Schritt dar. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus gefördert und zielt darauf ab, die praktischen Anwendungsfähigkeiten dieser Technologie weiter zu entwickeln.
