Innovative Sonnenenergie: PEC-Zellen speichern Energie für die Nacht

Solarenergie ist im Trend. Neben groß angelegten Solarfarmen bieten Photovoltaik-Zellen zur Stromerzeugung oder Solarkollektoren zur Erwärmung von Wasser auch für Hausbesitzer kostengünstige Möglichkeiten, die Energieeffizienz des Eigenheims zu erhöhen. Es gibt nur ein – recht offensichtliches – Problem: Sonnenenergie lässt sich nur tagsüber nutzen, denn nachts scheint schließlich keine Sonne. Vor einiger Zeit stellten wir euch innovative Solarzellen vor, die mit Hilfe von Polymer-Zellen die gesammelte Energie sogar über mehrere Tage speichern können. Eine weitere Möglichkeit, die “Durststrecke” nachts zu überbrücken sind sogenannte PEC-Zellen.

Neue Elektrode revolutioniert die PEC-Zelle

Eine PEC-Zelle (photoelectrochemical cell) ist eine spezielle Art der Solarzellen. Je nach Bedarf wird die gesammelte Sonnenenergie nach dem Prinzip der Photovoltaik in elektrische Energie oder mit Hilfe von chemischen Reaktionen in chemische Energie verwandelt. Bei der Umwandlung in elektrische Energie spaltet die Zelle Wasser und produziert so Wasserstoff, der unter anderem in Brennstoffzellen verwendet werden kann. Forscher der University of Texas in Arlington entdeckten kürzlich eine Möglichkeit, die von einer PEC-Zelle produzierte Energie über einen längeren Zeitraum zu speichern und zeitversetzt zur Verfügung zu stellen.

Aktuelle PEC-Zellen erlauben es nicht, ihre Energie über einen längeren Zeitraum zu speichern. Die Elektronen migrieren schnell in einen Zustand, in dem sie weniger Energie tragen und sind so nicht mehr effektiv nutzbar. Damit sind PEC-Zellen nach dem aktuellen Stand ebenfalls nur tagsüber nutzbar, womit sie keinen Vorteil mehr gegenüber normalen Photovoltaik-Zellen bieten.

Ein Team um Fuqiang Liu von der University of Texas hat eine spezielle PEC-Zelle geschaffen, die auf eine neue Art von Photoelektrode setzt. Dieses Bauteil konvertiert die Photonen des Sonnenlichts in Elektronen. Das Team schuf eine hybride Wolframtrioxid/Titandioxid (WO3/TiO2)-Photoelektrode, die es erlaubt, Elektronen über längere Zeiträume zu speichern und so den Weg für die PEC-Zelle zu einer größeren Rolle im Bereich erneuerbare Energien ebnet.

Spezielle Batterie speichert die Energie

Die Energie wird in einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie gespeichert. Diese ist besonders gut für diesen Zweck geeignet, da sie auch ohne aktive Nutzung über längere Zeit eine Ladung halten kann und deutlich sicherer als Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist. Derartige Batterien werden auch als Nasszellen bezeichnet und sind so gut wie immun gegen Temperaturschwankungen.

Den Forschern zufolge sind derartige Nasszellen hervorragend zur Ergänzung der neuen Hybrid-Photoelektrode geeignet. Sie ermöglichen eine hohe Reversibilität der Energieformen bei hohem Faraday’schen Wirkungsgrad.

“We have demonstrated simultaneously reversible storage of both solar energy and electrons in the cell. Release of the stored electrons under dark conditions continues solar energy storage, thus allowing for continuous storage around the clock”, so Dong Liu, der Hauptautor der Studie.

Aktuell arbeitet das Team daran, einen größeren Prototyp zu konstruieren. In Zukunft soll es die Technologie erlauben, PEC-Zellen einfacher in das Stromnetz zu integrieren.

via UT Arlington via Gizmag