Forschung: Fotoschaltbare Moleküle sollen Sonnenenergie speichern

Molekulare Solarthermiespeicher sind ein neues Forschungsgebiet. An solchen neuartigen molekularen Materialien zur Energiespeicherung arbeitet die Arbeitsgruppe von Hermann Wegner, Professor am Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). In der neuen DFG-Forschungsgruppe „Molekulares Management von Sonnenenergie – Chemie von MOST-Systemen“ untersuchen die Forscher:innen das Potenzial fotoschaltbarer Moleküle. Denn diese können sowohl die Umwandlung als auch die Speicherung und Freisetzung von Sonnenenergie in sogenannten Solarthermiespeichern (MOST-Systemen) bewerkstelligen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert diese Gruppe mit insgesamt rund 4,8 Millionen Euro für zunächst vier Jahre. „Dieser Forschungsansatz ist höchst innovativ und birgt erhebliches Anwendungspotenzial für zukünftige nachhaltige Energiespeicherkonzepte“, sagt JLU-Präsident Joybrato Mukherjee.

Die Entwicklung von MOST-Systemen mit maßgeschneiderten Fotoschaltern, die bestimmte Kriterien wie eine hohe Energiespeicherdichte und Reversibilität sowie eine gute Stabilität besitzen müssen, stellen die Chemie vor große Herausforderungen. Ein multidisziplinärer Ansatz, der das Knowhow zur Entwicklung neuer MOST-Schalter, zur Erforschung ihrer Funktionalität, zur Modellierung ihrer Eigenschaften und zum Testen in Demonstrationsgeräten vereint, ist daher unerlässlich. „In der Forschungsgruppe FOR MOST bündeln wir diese Expertise mit herausragenden, auch internationalen Forschenden unterschiedlicher Fachgebiete, um das aufstrebende Gebiet der molekularen Solarthermiespeicher (MOST) voranzubringen“, so Hermann Wegner, Sprecher der neuen Forschungsgruppe. „Die dabei erhaltenen Erkenntnisse gehen jedoch weit über das MOST-Konzept hinaus und werden wertvolle Beiträge in Bereich der organischen Fotochemie leisten.“ Beteiligt sind neben drei Arbeitsgruppen der JLU auch Forschende der Universitäten Tübingen, Heidelberg und Erlangen-Nürnberg sowie des Institute of Materials Science in Barcelona (Spanien).

Molekulare Solarthermiespeicher absorbieren Licht

Das Funktionsprinzip der fotoschaltbaren Moleküle schildert Wegner wie folgt. Ein schaltbares Molekül absorbiert Licht und kann so von einem Niederenergiezustand in einen metastabilen Hochenergiezustand übergehen. „Um die gespeicherte Energie freizusetzen, wird ein externer Auslöser – zum Beispiel Wärme, ein Katalysator, Licht oder ein elektrisches Feld – angelegt und das Molekül kehrt in seinen Grundzustand zurück, wobei es die chemische Energie in Wärme umwandelt“, so Wegner. Das Konzept „molekulare Solarthermiespeicher“ böte den großen Vorteil, dass man Energieaufnahme, -speicherung und -abgabe mit ein und demselben Molekül bewerkstelligen kann.

5.4.2023 | Quelle: Justus-Liebig-Universität Gießen | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH