Vor allem die Solarenergie gilt als naheliegende und einfach zu nutzende Ressource für die dezentrale Gewinnung von Strom. Denn viele ländliche Gebiete ärmerer Länder sind bis heute nicht ans Stromnetz angeschlossen, gleichzeitig steht die Sonne als Energiequelle in vielen dieser Regionen reichlich zur Verfügung. Schon kleinere Photovoltaikanlagen könnten Familien oder auch ganze Dörfer mit Strom versorgen. Bisher allerdings kommen solche Systeme nicht ohne zusätzliche Stromspeicher in Form von Blei- oder Lithiumionen-Batterien aus. “Geräte, die die Stromgewinnung aus Solarenergie und die Stromspeicherung in einer Einheit vereinen, wären aber gerade für solche Heim-Solarsysteme attraktiver”, sagen Wenjie Li von der University of Wisconsin in Madison und seine Kollegen. Sie forschen deshalb schon seit einigen Jahren an Systemen, die dies leisten können.
Solarstrom aus der Flüssigbatterie
Eines mögliche Lösung haben die Forscher nun vorgestellt. Dabei handelt es sich um eine neue Variante der sogenannten Solar-Flow-Batterie. Diese besteht aus der Kombination einer Solarzelle mit einer Flüssigbatterie – einem auch als Redox-Flow-Batterien bezeichneten Akkumulator, der die eingespeiste elektrische Energie in chemischer Form speichert und durch chemische Reaktionen wieder abgibt. Konkret werden in solchen Systemen zwei Lösungen an beiden Seiten einer halbdurchlässigen Membran vorbeigeleitet, durch die Elektronen von einer in die andere Flüssigkeit übertreten können. Jede dieser Zellen ist zudem mit einer Elektrode verbunden. Wird nun Strom angelegt, nehmen die Flüssigkeiten durch chemische Oxidation oder Reduktion Energie auf – die Flüssigbatterie wird geladen. Um die Energie wieder abzurufen, leitet man die Flüssigkeiten erneut an der Membran vorbei und löst so chemische Reaktionen aus, die die aufgenommenen Elektronen wieder freisetzen, so dass diese von den Elektroden abgeleitet werden können.
Solche Redox-Flow-Batterien können Wirkungsgrade von bis zu 80 Prozent erreichen und gelten als sehr langlebig. Weil sie allerdings eine geringe Energiedichte haben, werden gerade bei höheren Leistungen relativ große Flüssigkeitsvolumen benötigt. Doch für dezentrale Anlagen in ländlichen Räumen ist das Platzproblem meist eher sekundär, wichtiger ist vielmehr, dass sie robust und kostengünstig sind. Deshalb haben Li und sein Team nun ein System entwickelt, das eine günstige, auf organischen Elektrolyten beruhende Flüssigbatterie mit einer Solarzelle verbindet. “Die Photovoltaikzellen wandeln das Sonnenlicht in Elektrizität um und die Flow-Batterien werden durch die Solarzellen geladen, um diese Energie zu speichern”, erklärt Co-Autor Leo Liu von der Utah State University.
