De combinatie van de zonnecel (boven) met de elektrochemische opslag (afb: Advanced Functional Materials)

Ik vroeg me af of dit echt de eerste in zijn soort is, want deze oplossing ligt zo voor de hand. Ik heb het over een zonnecel in combinatie met een opslagsysteem. Door de TU Wenen wordt dit systeem van zonnecel en opslag als een nieuw concept gepresenteerd.

Heel opmerkelijk is dat concept natuurlijk niet, want de natuur doet dat al honderden miljoenen jaren. Planten slaan de zonne-energie op in de vorm van energierijke verbindingen, waar de rest van de levende wereld dan weer stevig ‘misbruik’ van maakt. Het probleem schijnt te zijn dat de mens nogal onhandig is en tot nu toe niet in staat zou zijn geweest zoiets ‘simpels’ na te maken. Zonnecellen zetten zonlicht in elektrische energie om, maar het rendement daalt met stijgende temperaturen. Met die elektrische energie zou je water kunnen splitsen in zuurstof en waterstof, maar het rendement van dat proces is laag. Waarom, denk ik dat. Die energie kun je toch ook opslaan in de vorm van elektrische energie, die direct te gebruiken is?
Goed. De Weense onderzoekers lijken de oplossing gevonden te hebben door nieuwe fotovoltaïsche materialen die voldoende rendement hebben bij hoger temperaturen te combineren met een elektrochemische cel. Uv-licht wordt gebruikt als ‘pomp’ die zuurstofionen door een vast oxide-elektrolyt perst. De energie van uv-licht wordt chemisch opgeslagen. In de toekomst zou die methode gebruikt kunnen worden om water te splitsen.
De student Georg Brunauer begon wat met grasduinen in combinaties van zonnecellen en elektrochemische opslag (in feite is elke batterij een vorm van elektrochemische opslag). Dan schijnt het belangrijk te zijn dat die combinatie werk bij hogere temperaturen. “Dat maakt het mogelijk zonlicht met spiegels te richten en om grootschalige systemen te bouwen met een hoog rendement”, zegt de student. Gewone zonnecellen hebben het bij honderd graden wel gezien, maar als je concentratorspiegels gebruikt, dan worden die temperaturen veel hoger.
Werkend aan zijn eindscriptie was hij in staat zijn ideeën in praktijk te brengen. De sleutel van de oplossing was, in de woorden van het persbericht, een ongebruikelijke materiaalkeus. In plaats van silicium gebruikte hij metaaloxide; perovskieten om nauwkeuriger te zijn. Door verschillende metaaloxides te combineren kreeg Brunauer een zonnecel die fotovoltaiek combineert met elektrochemie. Overigens heeft hij dat werk niet helemaal in zijn eentje gedaan.

Brunauer: “Onze cel bestaat uit twee verschillende delen: een foto-elektrisch deel aan de bovenkant en een elektrochemisch deel daaronder. In de bovenlaag onstaan door uv-licht vrije ladingdragers (elektronen; as) net als in een gewone zonnecel.” Die vrij elektronen stromen naar de benedenlaag. Daar worden die elektronen gebruikt om zuurstof om te zetten in zuurstofionen die vrij beweegbaar zijn in een membraan van de elektrochemische cel. “Dat is de belangrijkste elektrochemische stap, waarvan we hopen dat die water splitst”, zegt de student (waarschijnlijk inmiddels afgestudeerd). In dit systeem werkt, zoals. gezegd, de zonnecel als een pomp. Bij 400°C levert dat een spanning op van 0,9 V. Dat zegt overigens niet veel over de hoeveelheid opgeslagen energie
Er zal nog heel wat aan het systeem gesleuteld moeten worden wil dat levensvatbaar zijn, beseft ook Brunauer. Vooraleerst zal de spanning omhoog moeten, maar hij denkt dat goed haalbaar is. “We hebben nu laten zien dat het systeem werkt.” Hij is maar meteen een spruit begonnen, NOVAPECC, om het idee naar de markt te brengen, gesteund door enkele octrooien.

Wordt vervolgd, denk ik dan maar, al vraag ik me af of het ooit wat wordt. Waarom slechts uv-licht? Het zonlicht bevat veel meer straling die is om te zetten via fotovoltaiek. Ik roep maar wat. Trouwens: de perovskieten zijn zo bijzonder niet (meer), maar de belofte voor de toekomst van de zonnecellen (als ik het goed begrepen heb) en natuurlijk kun je toch gewoon een Tesla-accu hangen aan je zonnepanelen. Afijn, ik zal wel wat over het hoofd zien.

Bron: Alpha Galileo