Neue Solarbatterie aus Deutschland: NDI-COF ermöglicht Umwandlung und Speicherung von Energie in einem Schritt

Laut einem deutschen Forscherteam, das seine Ergebnisse via PubMed im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht hat, wurde mit NDI-COF ein Material entwickelt, das Solarenergie gleichzeitig aufnehmen und speichern kann. Das Kürzel steht für ein kovalentes organisches Gerüst auf Basis von Naphthalen-Diimid. Die Struktur ermöglicht es, Licht einzufangen, Elektronen zu speichern und diese bei Bedarf wieder abzugeben – ein Schritt, der Photovoltaik und Batterietechnik auf neuartige Weise zusammenführt.

Das Material basiert auf einem zweidimensionalen Gerüst mit großer Oberfläche. Entscheidend ist die Fähigkeit zur Pseudokapazität: ähnlich einem Kondensator lädt es sich schnell auf, kombiniert dies aber mit der Speicherkapazität klassischer Batterien. Im Kern sind es die NDI-Bausteine, die Elektronen aufnehmen und in Form stabiler Radikale über längere Zeit halten können. Tests zeigen, dass NDI-COF in einer sauerstofffreien Umgebung Energie über 48 Stunden speichert. Nach einer 12-stündigen Dunkelphase blieb noch ein Großteil der gespeicherten Ladung erhalten.

Trotz des innovativen Ansatzes liegt die Effizienz derzeit noch auf sehr niedrigem Niveau. Der Wirkungsgrad beträgt nur rund 0,002 Prozent. Zum Vergleich: Kommerzielle Photovoltaik-Module erreichen bis zu 25 Prozent, gekoppelt mit Lithium-Eisenphosphat-Akkus wird sogar eine Gesamteffizienz von etwa 90 Prozent erzielt. Damit stellt NDI-COF im aktuellen Stadium eher einen Machbarkeitsnachweis dar als eine marktreife Lösung.

Im Vergleich zu bisherigen organischen Materialien wie Kohlenstoffnitriden oder metallbasierten Speichersystemen zeigt NDI-COF jedoch eine deutlich höhere Energiedichte. Zudem benötigt es keine zusätzlichen Metallionen und profitiert von stabilen Eigenschaften in wässrigen Umgebungen. Selbst nach mehrfachen Lade- und Entladezyklen bleiben die Strukturen intakt. Ein sichtbarer Nebeneffekt ist die Farbänderung des Materials, die Rückschlüsse auf den Ladezustand zulässt.

Die Forscher aus München und Stuttgart sehen in ihrer Entwicklung einen möglichen Wegbereiter für eine neue Klasse organischer Solarbatterien. Ziel ist es, die Effizienz in künftigen Studien deutlich zu steigern und das Material für praktische Anwendungen nutzbar zu machen. Denkbar sind dezentrale Energiespeicher oder portable Systeme, die unabhängig von konventionellen Akkus arbeiten. Noch steht die Forschung am Anfang, doch die Kombination aus Umwandlung und Speicherung in einem einzigen Schritt gilt als vielversprechender Ansatz für die Energieversorgung der Zukunft.