Organische Solarzellen umweltverträglicher produzieren, Energiespeicher mit höherer Leistung bauen: Würzburger Forschungsinstitute haben im bayerischen Projektverbund UMWELTnanoTECH für Fortschritte gesorgt. Hier sind ihre Ergebnisse.

Die Nanotechnologie bietet viele Chancen für Umwelt und Gesundheit. Mit ihrer Hilfe lassen sich Rohstoffe und Energie sparen, bessere Solarzellen und leistungsfähigere Akkus entwickeln und umweltschädliche durch umweltschonende Stoffe ersetzen.

"Nanotechnologie ist eine wichtige Zukunftstechnologie. Der Projektverbund UMWELTnanoTECH hat ausgezeichnete Ergebnisse geliefert. Kleinste Bausteine können einen großen Beitrag für den Umweltschutz leisten. Wir müssen mit den Chancen dieser Zukunftstechnologie verantwortungsvoll umgehen; eine umweltverträgliche Nutzung steht dabei an oberster Stelle", so Bayerns Umweltministerin Ulrike Scharf am 23. November 2016 in Erlangen.

Dort wurden die Ergebnisse des Verbunds auf dem internationalen Kongress "Next Generation Solar Energy Meets Nanotechnology" vorgestellt. Das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz hatte den Verbund aus zehn Einzelprojekten drei Jahre lang mit rund drei Millionen Euro finanziert.

Höhere Speicherkapazität von Hybridkondensatoren

Effizientere und schnellere Energiespeicher standen auch im Mittelpunkt des Projekts von Professor Gerhard Sextl. Seinem Forschungsteam an der Universität Würzburg ist es gelungen, sogenannte Hybridkondensatoren zu hoch effizienten und umweltverträglich herstellbaren Energiespeichern weiterzuentwickeln.

Hybridkondensatoren sind eine Kombination aus Superkondensatoren auf Basis von elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren und der Ladungsspeicherung in einer Batterie. Zum einen können sie Energie durch die Ausbildung einer elektrochemischen Doppelschicht wie in einem Superkondensator schnell speichern und bei Bedarf ebenfalls schnell wieder zur Verfügung stellen. Zum anderen nehmen sie, analog zu Lithium-Ionen-Batterien, eine größere Energiemenge durch die Einlagerung von Lithium-Ionen in ein Batterie-Aktivmaterial auf. Durch die Kombination beider Speichermechanismen können Systeme mit hoher Energie- und Leistungsdichte kostengünstig realisiert werden.

Kernstück der Hybridkondensatoren sind die mit modifizierten Aktivmaterialien – Lithiumeisenphosphat und Lithiumtitanat – beschichteten Elektroden. Damit lassen sich um den Faktor zwei höhere Speicherkapazitäten erreichen als mit herkömmlichen Superkondensator-Elektrodenmaterialien.

„Wir haben es geschafft, mit unserer Materialentwicklung die Vorteile beider Systeme zu verbinden und sind so der Realisierung eines neuen schnellen und zuverlässigen Speicherkonzepts einen wesentlichen Schritt näher gekommen“, so Sextl. Unterstützt wurden die Arbeiten an der Universität durch das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in Würzburg, eine der führenden Batterieforschungseinrichtungen in Deutschland.

Mehr über die anderen Projekte im Verbund UMWELTnanoTECH in der ausführlichen Presseinformation der Universität Würzburg.