{"id":13360,"date":"2013-06-17T00:00:00","date_gmt":"2013-06-16T22:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bio-based.eu\/news\/index.php?startid=20130617-11n"},"modified":"2013-06-17T00:00:00","modified_gmt":"2013-06-16T22:00:00","slug":"katalysator-im-kunststoffmantel-schtzt-knstliches-blatt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/katalysator-im-kunststoffmantel-schtzt-knstliches-blatt\/","title":{"rendered":"Katalysator im Kunststoffmantel schützt “Künstliches Blatt”"},"content":{"rendered":"
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\"DieseKatalysatoren beschichtet und funktioniert wie ein ‘k\u00fcnstliches
Blatt’: sie nutzt Sonnenlicht, um Wasser aufzuspalten und
Wasserstoffgas zu erzeugen.”><\/td>\n<\/tr>\n
Diese komplexe Solarzelle ist mit zwei unterschiedlichen
Katalysatoren beschichtet und funktioniert wie ein ‘k\u00fcnstliches
Blatt’: sie nutzt Sonnenlicht, um Wasser aufzuspalten und
Wasserstoffgas zu erzeugen.<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n<\/div>\n

Speicherl\u00f6sungen f\u00fcr die unregelm\u00e4\u00dfig verf\u00fcgbare Solarenergie werden dringend gesucht. Eine L\u00f6sung ist es, die in Solarzellen erzeugte elektrische Energie zu nutzen, um durch Elektrolyse Wasser aufzuspalten und so den Brennstoff Wasserstoff zu erzeugen. Forscher am HZB-Institut f\u00fcr Solare Brennstoffe modifizieren so genannte Superstrat-Solarzellen, die eine sehr effiziente Architektur besitzen, um mit geeigneten Katalysatoren Wasserstoff aus Wasser zu produzieren. Diese Zelle funktioniert wie ein “k\u00fcnstliches Blatt”. Doch im w\u00e4ssrigen Elektrolyten korrodiert die Solarzelle rasch. Nun hat eine Doktorandin des Teams, Diana Stellmach, als erste Wissenschaftlerin in Europa eine neue L\u00f6sung gefunden, um die Korrosion zu verhindern: Sie bettet die Katalysatoren in einen leitf\u00e4higen Kunststoff ein und bringt sie dann auf die beiden Kontakte der Solarzelle auf. Damit versiegelt sie die empfindlichen Kontakte der Zelle gegen Korrosion und erm\u00f6glicht eine stabile Ausbeute von etwa 3,7 Prozent des Sonnenlichts.<\/b><\/p>\n

Wasserstoff speichert Energie auf chemische Weise und ist vielseitig einsetzbar. Das Gas kann zu Brennstoffen wie Methan weiterverarbeitet werden oder direkt in Brennstoffzellen Strom erzeugen. Wasserstoff l\u00e4sst sich durch die elektrolytische Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff herstellen; daf\u00fcr sind zwei Elektroden n\u00f6tig, die mit geeigneten Katalysatoren beschichtet sind und zwischen denen eine Spannung (mindestens 1,23 V) anliegt. Interessant wird die Erzeugung von Wasserstoff aber erst, wenn daf\u00fcr Solarenergie genutzt werden kann. Denn das w\u00fcrde zwei Probleme auf einmal l\u00f6sen: An sonnigen Tagen k\u00f6nnte \u00fcbersch\u00fcssiger Strom Wasserstoff erzeugen, der dann nachts oder an tr\u00fcben Tagen als Brennstoff oder zur Stromerzeugung zur Verf\u00fcgung st\u00fcnde. <\/p>\n

Neue Ans\u00e4tze mit komplexen D\u00fcnnschicht-Silizium-Solarzellen<\/b>
Am Institut f\u00fcr Solare Brennstoffe des Helmholtz-Zentrums Berlin f\u00fcr Materialien und Energie (HZB) arbeiten Forscher an neuen Ans\u00e4tzen, um dieses Ziel zu verfolgen: Daf\u00fcr nutzen sie photovoltaische Strukturen aus mehreren, extrem d\u00fcnnen Silizium-Schichten, die am Photovoltaik-Kompetenzzentrum-Berlin (PVcomB), einem anderen Institut des HZB, ma\u00dfgeschneidert gefertigt werden. Weil die Zelle aus einem einzigen \u2013 wenn auch komplex aufgebauten \u2013 “Block” besteht, spricht man von einem monolithischen Ansatz. Die elektrischen Kontaktfl\u00e4chen der Zelle werden im Institut f\u00fcr Solare Brennstoffe mit speziellen Katalysatoren f\u00fcr die Wasserspaltung beschichtet. Wird diese Zelle in verd\u00fcnnte Schwefels\u00e4ure eingetaucht und mit sonnen\u00e4hnlichem Licht bestrahlt, entsteht an den Kontakten eine Spannung, die f\u00fcr die Aufspaltung von Wasser genutzt werden kann. Elementar wichtig sind in diesem Prozess die Katalysatoren, die die Reaktionen an den Kontakten beschleunigen.<\/p>\n

Neue L\u00f6sung verhindert Korrosion<\/b>
Der Vorteil der photovoltaischen Zellen des PVcomB ist deren “Superstrat- Architektur”: Das Licht f\u00e4llt durch den transparenten Frontkontakt ein, der auf dem Tr\u00e4gerglas abgeschieden ist; es gibt keine Verschattung durch aufgebrachte Katalysatoren. Die Katalysatoren befinden sich n\u00e4mlich auf der R\u00fcckseite der Solarzelle und sind im Kontakt mit dem Wasser\/S\u00e4uregemisch. Dieses ist sehr angriffslustig, das hei\u00dft korrosiv, so dass Diana Stellmach im ersten Schritt den \u00fcblichen Zinnoxid-Silber-R\u00fcckkontakt durch eine Beschichtung mit Titan von etwa 400 Nanometern Dicke ersetzen musste. Im zweiten Schritt entwickelte sie eine L\u00f6sung, um mit dem Aufbringen des Katalysators gleichzeitig die Zelle gegen Korrosion zu sch\u00fctzen: Sie mischte RuO2<\/sub>-Nanoteilchen in ein leitf\u00e4higes Polymer (PEDOT:PSS) und trug diese Mischung als Katalysator f\u00fcr die Sauerstoffbildung auf dem R\u00fcckseitenkontakt der Zelle auf. Auf den Frontkontakt wurden in analoger Weise Platin Nanoteilchen aufgebracht, an denen die Wasserstoffentwicklung abl\u00e4uft.<\/p>\n

Erstmals stabile Produktionsraten<\/b>
Insgesamt erzielte die Konfiguration einen Wirkungsgrad von 3,7 % und war \u00fcber mindestens 18 Stunden stabil. “Damit ist Frau Stellmach die erste Wissenschaftlerin in Europa, die eine solche wasserspaltende Solarzellenstruktur realisiert hat”, erkl\u00e4rt Prof. Dr. Sebastian Fiechter. Vielleicht sogar weltweit, denn anders aufgebaute Photovoltaikmembranen erwiesen sich als weniger stabil. Allerdings m\u00fcssen die teuren Katalysatoren wie Platin und RuO2<\/sub> langfristig noch durch preiswertere Stoffe ersetzt werden. Auch daran arbeitet Diana Stellmach bereits; sie entwickelt nun Kohlenstoff-Nanor\u00f6hren, die mit Molybd\u00e4n-Sulfid-Schichten ummantelt sind und als Katalysatoren f\u00fcr die Wasserstoffentwicklung dienen.<\/p>\n

Hier k\u00f6nnen Sie die Zelle in Aktion sehen: http:\/\/www.helmholtz-berlin.de\/aktuell\/pr\/mediathek\/video\/energieversorgung\/superstratzelle_de.html<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Speicherlösungen für die unregelmäßig verfügbare Solarenergie werden dringend gesucht. Eine Lösung ist es, die in Solarzellen erzeugte elektrische Energie zu nutzen, um durch Elektrolyse Wasser<\/b><\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[5616,5147],"class_list":["post-13360","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-helmholtz-zentrum-berlin-hzb","supplier-photovoltaik-kompetenzzentrum-berlin-pvcomb"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/13360","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=13360"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/13360\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=13360"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=13360"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=13360"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=13360"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}