Diese Solarbatterie speichert Energie direkt im Molekül

Sonnenenergie gilt als eine der zentralen Ressourcen einer klimaneutralen Energieversorgung. Doch ihre Nutzung ist an eine grundlegende Herausforderung gebunden: Licht steht nicht jederzeit in ausreichender Menge zur Verfügung. Während Photovoltaikanlagen tagsüber Strom liefern, entsteht in den Abendstunden oder im Winter ein Speicherbedarf, der mit herkömmlichen Batterien oder Wärmespeichern nur begrenzt effizient gedeckt werden kann. Vor diesem Hintergrund arbeiten Forscher:innen an Konzepten, die Sonnenlicht nicht erst in elektrische Energie umwandeln, sondern direkt in chemischen Bindungen speichern – gewissermaßen als „aufgeladene“ Moleküle.

Energie direkt im Molekül speichern

Im Zentrum dieses Ansatzes stehen spezielle organische Verbindungen, die unter Lichteinfluss ihre Struktur verändern. Trifft Sonnenlicht auf ein solches Molekül, verschiebt sich dessen atomare Anordnung in einen energiereicheren Zustand. Diese neue Konfiguration ist metastabil: Sie bleibt bestehen, auch wenn das Licht verschwindet. Die aufgenommene Energie ist dann in den chemischen Bindungen gespeichert und kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder freigesetzt werden.

Ein Forschungsteam an der University of California in Santa Barbara hat kürzlich ein solches System weiterentwickelt. Grundlage ist ein modifiziertes Pyrimidon-Molekül, das sich durch hohe Stabilität und eine vergleichsweise große speicherbare Energiemenge auszeichnet. Die Wissenschaftler:innen beschreiben ihr Konzept als eine Art „liquid battery“, die Sonnenenergie direkt im Molekül „abfüllt“. Einer der beteiligten Chemiker:innen erklärte, man habe „einen Weg gefunden, Sonnenlicht in einer Flüssigkeit einzufangen und bei Bedarf wieder freizusetzen“. Die Freisetzung erfolgt kontrolliert, etwa durch die Zugabe eines Katalysators, wobei die gespeicherte Energie als Wärme abgegeben wird.

Hohe Energiedichte und direkte Wärmenutzung

Ein bemerkenswerter Aspekt dieser molekularen Solarspeicherung ist die Energiedichte. Das neu entwickelte System erreicht im Labor Werte von mehr als 1,6 Megajoule pro Kilogramm. Damit liegt es in einem Bereich, der deutlich über dem klassischer Lithium-Ionen-Batterien liegt – zumindest bezogen auf die direkt nutzbare Wärmemenge. Anders als bei elektrochemischen Speichern entsteht hier jedoch kein Strom, sondern Wärme.

Gerade für Anwendungen im Bereich der Gebäudeheizung oder Warmwasserbereitung kann das ein Vorteil sein. Die Energie muss nicht erst mehrfach umgewandelt werden, wodurch Verluste reduziert werden. Statt Sonnenlicht in Strom und anschließend in Wärme zu transformieren, erfolgt die Speicherung unmittelbar in chemischer Form. In Experimenten gelang es dem Team, mit der freigesetzten Energie Wasser deutlich zu erhitzen – ein praktischer Nachweis für die Leistungsfähigkeit des Konzepts.

Ein weiterer Vorteil liegt in der potenziellen Langzeitspeicherung. Die energiereiche Molekülform kann über längere Zeit stabil bleiben, ohne nennenswerte Verluste. Das eröffnet Perspektiven für saisonale Speicherlösungen, bei denen sommerliche Sonnenenergie erst Monate später genutzt wird.

Noch ein weiter Weg

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse befindet sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Die bisherigen Versuche wurden unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt. Für eine breite Anwendung müssten größere Mengen der aktiven Moleküle kostengünstig hergestellt und in technische Systeme integriert werden.

Hinzu kommen Fragen der Zyklenstabilität und Haltbarkeit. Entscheidend ist, wie oft sich die Moleküle zwischen energiearmem und energiereichem Zustand umwandeln lassen, ohne ihre Leistungsfähigkeit einzubüßen. Auch die Effizienz der Lichtabsorption spielt eine Rolle: Je größer der Anteil des Sonnenspektrums, den das Material nutzen kann, desto attraktiver wird es für praktische Anwendungen.

Die molekulare Solarspeicherung steht damit exemplarisch für eine neue Generation chemischer Energiesysteme. Sie zeigt, wie sich durch gezielte Veränderungen auf atomarer Ebene Eigenschaften erzeugen lassen, die weit über das hinausgehen, was klassische Materialien bieten. Ob daraus künftig alltagstaugliche Speicherlösungen entstehen, hängt von weiteren Fortschritten in Chemie, Materialwissenschaft und Verfahrenstechnik ab. Klar ist jedoch, dass die Idee, Sonnenlicht direkt im Molekül zu speichern, das Spektrum möglicher Energiestrategien deutlich erweitert.

via University of California – Santa Barbara

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