13 Feb Fotobatterie erreicht für IIoT-Geräte nötige Spannung
Vernetzte intelligente Geräte und Sensoren können die Energieeffizienz von Gebäuden und Systemen verbessern, indem sie deren Verbrauch in Echtzeit überwachen. Solche kleinen Geräte für das IIoT sind auf möglichst kompakte Energiequellen angewiesen. Hierfür könnten monolithisch integrierte Batterien zum Einsatz kommen, die Energie in einem einzelnen System gleichzeitig gewinnen, wandeln und speichern. Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat im Rahmen seiner Forschung im Exzellenzcluster ‚Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (Livmats)‘ der Universität Freiburg eine monolithisch integrierte Fotobatterie entwickelt, die aus einer organischen Polymerbatterie und einer organischen Mehrfachsolarzelle besteht. Die von dem Wissenschaftlerteam vorgestellte Batterie ist nach Aussage der Forschenden die erste monolithisch integrierte Fotobatterie aus organischen Materialien, die eine Entladespannung von 3,6 V erreicht. Damit soll sie zu den ersten Systemen dieser Art gehören, die Kleinstgeräte betreiben können.
Die Forschenden haben für die Fotobatterie ein skalierbares Verfahren entwickelt, mit dem sie organische Solarzellen aus fünf aktiven Schichten herstellen können. „Mit dieser Solarzelle erreicht das System vergleichsweise hohe Spannungen von bis zu 4,2 V“, erläutert Robin Weßling, Forscher an der Universität Freiburg. Diese Mehrfachsolarzelle hat das Team mit einer sogenannten Dual Ion Battery kombiniert, die mit hohen Strömen geladen werden kann. Mittels Kontrolle der Beleuchtungsintensität und Entladungsraten, kann die so aufgebaute Fotobatterie nach Angabe der Forschenden eine Schnellladung in weniger als 15 Minuten bei Entladekapazitäten von bis zu 22 mAh pro Gramm erreichen. In Verbindung mit dem durchschnittlichen Entladepotenzial von 3,6 V kann das Gerät damit eine Energiedichte von 69 mWh pro Gramm und eine Leistungsdichte von 95 mWh pro Gramm liefern.
Originalpublikation:
[Andrés, R. D., Wessling, R., Büttner, J., Pap, L., Fischer, A., Esser, B., & Würfel, U. (2023). Organic photo-battery with high operating voltage using a multi-junction organic solar cell and an organic redox-polymer-based battery. Energy & Environmental Science. DOI: 10.1039/d3ee01822a]
Quelle: uni-freiburg.de
