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).
- Berliner Wissenschaftspreis geht an Philipp AdelhelmDer Batterieforscher Prof. Dr. Philipp Adelhelm wird mit dem Berliner Wissenschaftspreis 2024 ausgezeichnet. Er ist Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und leitet eine gemeinsame Forschungsgruppe der HU und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB). Der Materialwissenschaftler und Elektrochemiker forscht zur Entwicklung nachhaltiger Batterien, die eine Schlüsselrolle für das Gelingen der Energiewende spielen. International zählt er zu den führenden Expert*innen auf dem Gebiet der Natrium-Ionen-Batterien.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.