Erfolgsquote 100 Prozent: Drittmittel für Projekte zu Solaren Brennstoffen
Am HZB-Institut für Solare Brennstoffe werden auch nanostrukturierte Metalloxide auf ihre Eignung als effiziente und preiswerte Katalysatoren für die künstliche Photosynthese untersucht. © HZB
Die flüchtige Energie der Sonne umzuwandeln und zu speichern, zählt zu den großen Herausforderungen der Energiewende. Über eine „künstliche Photosynthese“ kann Solarenergie zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt werden. Forscherteams am HZB-Institut für Solare Brennstoffe arbeiten an neuen anorganischen Materialsystemen, um kompakte, robuste und preiswerte Lösungen für diese künstliche Photosynthese zu entwickeln. Gemeinsam mit Partnern aus Universitäten haben sie vier Forschungsvorhaben bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG im Schwerpunktprogramm „Regenerativ produzierte Brennstoffe durch lichtinduzierte Wasserspaltung“ (SPP 1613) eingereicht. Alle vier Projekte werden nun durch die DFG gefördert.
„Insgesamt konnte nur die Hälfte der eingereichten Forschungsvorhaben bewilligt werden, in diesem harten Wettbewerb ist eine Erfolgsquote von 100 Prozent wirklich bemerkenswert”, sagt Professor Roel van de Krol, der das HZB-Institut für Solare Brennstoffe leitet. „Das bedeutet für uns, dass wir die Aktivitäten unseres Instituts weiter verstärken und ausbauen können.“ Für die ersten drei Projekte hat die DFG die Weiterführung für die nächsten drei Jahre bewilligt, das vierte Projekt ist ein neues Forschungsvorhaben.
Am HZB-Institut für Solare Brennstoffe arbeiten die Forschungsgruppen daran, monolithische Materialsysteme zu entwickeln, bei denen halbleitende Absorber und Katalysatoren in einer Struktur integriert sind. Dabei untersuchen und optimieren sie die photonischen Anregungen, die Sonnenlicht in den Halbleiterstrukturen auslöst, genauso wie die Prozesse an den Katalysatorschichten, an denen sich Wasserstoffgas bildet.
Die Vision ist es, die Energie des Sonnenlichts in Form von chemischer Energie zu speichern, durch die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Wasserstoff besitzt eine hohe gravimetrische Energiedichte, lässt sich gut speichern und kann bei Bedarf direkt in Brennstoffzellen Strom erzeugen oder auch als Ausgangsmaterial für die Herstellung künstlicher Kohlenwasserstoff-Brennstoffe genutzt werden.
Die Forschungsvorhaben im Einzelnen:
- Development of catalysts, namely manganese oxides and molybdenum sulphides, for an implementation in a light-driven water-splitting device using a multi-junction solar cell. Partner: Prof. H. Dau (PI, FU-Berlin), Prof. P. Kurz (University Freiburg i. Br.), Prof. S. Fiechter (HZB).
- High-throughput characterization of multinary transition metal oxide and oxynitride libraries. New materials for solar water splitting with improved properties. Partner: Prof. Wolfgang Schuhmann (PI, Ruhr University Bochum), Prof. Alfred Ludwig (Ruhr University Bochum), Prof. S. Fiechter (HZB).
- Novel thin film composites and co-catalysts for visible light-induced water splitting. Partner: M. Behrens (Uni Duisburg), A. Fischer (Uni Freiburg), M. Lerch (TU Berlin), T. Schedel-Niedrig (HZB).
- Development of optimum bandgap photoanodes for tandem water-splitting cells based on doped complex metal oxides and III-V semiconductors coupled to water oxidation electrocatalysts. Partner: R. Beranek (PI, Ruhr University Bochum), A. Devi (Ruhr University Bochum), R. Eichberger (HZB).
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.
- Theorie trifft Praxis – Wir gehen wieder an die HTW Berlin!Die Beratungsstelle für BIPV (BAIP) des HZB übernimmt wieder die Koordination und Ausführung der Vorlesung "Gebäudeintegierte Photovoltaik".