Forschende vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine thermische Batterie entwickelt, die überschüssige Wärmeenergie abspeichern kann und bei Bedarf in Strom umwandelt. Erste Ergebnisse zeigen eine relativ hohe Effizienz.
Der Ausbau von Windkraft-, Wasserkraft- und Solaranlagen bestimmen die Zukunft. Bei der Erzeugung von Energie entstehen dabei im Normalfall keine Emissionen. Gleichzeitig ist der Preis pro Kilowattstunde vergleichsweise gering. Doch ein großes Problem bleibt.
Denn was passiert, wenn einmal keine Sonne scheint oder es windstill ist? Im Idealfall kommen dann Batterien zum Einsatz. Dafür gibt es inzwischen vielversprechende Ansätze – beispielsweise eine Batterie, die Energie mithilfe von Kohlenstoffdioxid abspeichert.
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Mit Lithium-Ionen-Akkus ist das jedoch oftmals nicht möglich, da neben den Kosten auch die Eigenschaften des Materials eine entscheidende Rolle spielen. Laut einem Artikel, der im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht wurde, haben Forschende vom MIT nun jedoch offenbar eine Möglichkeit gefunden, um überschüssige Wärmeenergie in einer thermischen Batterie zu speichern.
Wie funktioniert eine thermische Batterie?
Eine thermischen Batterie kann Wärmeenergie aus erneuerbaren Quellen wie der Sonne aufnehmen und anschließend speichern. Das geschieht in isolierten Bänken, die aus heißem Graphit bestehen. Bei Bedarf kann diese Energie wiederum abgerufen und in Strom umgewandelt werden.
Und das funktioniert wie folgt: Im Energiespeicher befinden sich zwei Bänder, das Valenzband und das Leitungsband. Diese unterscheiden sich in der Menge ihrer Elektronen. Während das Valenzband die meisten Elektronen beinhaltet, liegt das Leitungsband direkt darüber.
Zwischen den Elektronen im Valenzband und dem Leitungsband befinden sich unterschiedlich große Lücken. Wird jetzt Strom an den Speicher angelegt, springen die Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband. Die Weite des Sprungs entscheidet dabei über die freigesetzte Energie. Für das effiziente Abspeichern der überschüssigen Wärmeenergie verwendet der Speicher Photonen oder einfacher gesagt: Licht.
Energie wird durch Licht aufgenommen
Die Photonen treffen dabei auf drei Schichten. Die oberste Schicht absorbiert die Photonen mit der höchsten Energiedichte. Dringen Teilchen durch die erste Schicht, dann werden sie in der zweiten Schicht aufgenommen oder durch eine Gold-Schicht wieder zurück reflektiert.
Die Elektronen werden durch das oben genannte Prinzip angestoßen und springen in das Leitungsband. Es entsteht Hitze. Die Wärme heizt flüssiges Material auf und speichert dieses in Graphit-Blöcken ab. Wird Energie benötigt, dann wird die Wärmeenergie wieder in Elektrizität umgewandelt.
Insgesamt erreichten die Forscher:innen eine Wirkungsgrad von rund 40 Prozent. Vergleicht man die Kosten der Technologie mit einer klassischen Lithium-Ionen-Batterie, so liegt die Einsparung schon jetzt beim zehn- bis hundertfachen. Die thermische Batterie hat also Potenzial.
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