Ein von der Universität Ulm und der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickeltes Copolymer ermöglicht die Speicherung von Sonnenenergie ohne Zwischenschritt über klassische Photovoltaik. Das Material kann die aufgenommene Energie mehrere Tage lang halten und bei Bedarf in Form von grünem Wasserstoff wieder freisetzen. Der Prozess ist chemisch reversibel, erreicht eine Ladeeffizienz von über 80 % und einen Gesamtwirkungsgrad von 72 % bei der Wasserstofffreisetzung – ein potenzieller Durchbruch für industrielle Energiespeicher.
Seiteninhalte
Funktionsprinzip der Copolymer-Solarbatterie
Elektronenspeicherung und pH-gesteuerte Reaktivierung
Das Kernmaterial ist ein wasserlösliches, redox-aktives Copolymer, das Elektronen in seinen redox-aktiven Einheiten speichert. Der Lade- und Entladevorgang lässt sich in drei klar definierte Schritte unterteilen:
- Ladung: Unter Lichteinfluss werden Elektronen in das Copolymer injiziert. Das Polymer färbt sich violett, was den geladenen Zustand visuell anzeigt.
- Entladung: Durch Zugabe einer Säure und eines speziellen Wasserstoff-Entwicklungskatalysators kombinieren die gespeicherten Elektronen mit Protonen und erzeugen molekularen Wasserstoff. Während dieses Schrittes wechselt die Farbe von violett zu gelb.
- Regeneration: Eine nachfolgende Neutralisierung des pH-Werts stellt das Polymer wieder in den Ausgangszustand (gelb) und macht es für einen erneuten Ladevorgang bereit.
Durch diese pH-gesteuerte Schaltung kann das System auch im Dunkeln Wasserstoff produzieren – die Entladung ist nicht von Sonnenlicht abhängig.
Vorteile gegenüber klassischen photokatalytischen Systemen
- Zeitliche Entkopplung von Energieaufnahme und -nutzung: Solarenergie wird zuerst gespeichert und erst bei Bedarf in Wasserstoff umgewandelt.
- Hybrid-Konzept auf molekularer Ebene: Kombination einer Solarzelle mit einer Batterie-ähnlichen Funktion im selben Material.
- Mehrtägige Speicherdauer: Das System hält den geladenen Zustand mehrere Tage stabil.
- Unabhängigkeit vom Lichtzyklus beim Entladen: Wasserstoff kann auch nachts oder bei schlechtem Wetter erzeugt werden.
- Visuelle Zustandsanzeige durch Farbumschlag (violett ↔ gelb), was die Prozesskontrolle vereinfacht.
Leistungskennzahlen und Effizienz
- Ladeeffizienz: über 80 % (stabil über mehrere Tage)
- Entlade-Wirkungsgrad (Wasserstofffreisetzung): 72 %
- Speicherdauer: mehrere Tage
- Reversible Zyklen: Mehrere Lade-, Lager- und Katalyse-Zyklen nachgewiesen (Farbumschlag als Indikator)
- Systemtyp: Hybrid-Konzept aus Solarzelle und molekularer Batterie
Forschungs- und Förderkontext: Das CataLight-Konsortium
Das Projekt ist Teil des Sonderforschungsbereichs TRR/SFB 234 „CataLight“ (2023-2026). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) stellt dafür rund 12 Millionen Euro bereit. Das interdisziplinäre Konsortium vereint fünf Partner:
- Universität Ulm
- Friedrich-Schiller-Universität Jena
- Leibniz-Institut für Photonische Technologien Jena
- Universität Wien
- Max-Planck-Institut für Polymerforschung Mainz
Gemeinsam arbeiten die Partner an der Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie und an der Entwicklung skalierbarer, kostengünstiger Speicherlösungen für die Industrie.
Publikation und Peer Review
Die Forschungsergebnisse wurden im Februar 2026 im hochrangigen, multidisziplinären Fachjournal Nature Communications veröffentlicht. Erstautoren sind Marco Hartkorn (Universität Ulm) und Robin Kampes (FSU Jena). Die Publikation unterstreicht den Peer-Review-Standard und die internationale Sichtbarkeit der Arbeit.
Offene Fragen, Risiken und Skalierungsperspektiven
Obwohl die Laborergebnisse vielversprechend sind, bleiben zentrale Aspekte für eine industrielle Anwendung offen:
- Zykluszahl: Die maximale Anzahl reversibler Lade-Entlade-Zyklen vor Materialdegradation ist noch nicht quantifiziert.
- Speicherkosten: Konkrete Kosten pro Kilowattstunde Energie sind nicht angegeben, wodurch die Wirtschaftlichkeit gegenüber etablierten Batterien schwer zu beurteilen ist.
- Skalierungsrisiken: Der Übergang von Probenröhrchen im Labor zu Gigawatt-Anlagen erfordert umfangreiche Prozess- und Produktionsoptimierungen.
- Katalysator- und Säurebedarf: Der Prozess benötigt Zusatzchemikalien. Fragen zur Verfügbarkeit, Reinheit und zum Recycling dieser Stoffe bleiben offen.
- Nutzung des erzeugten Wasserstoffs: Der Artikel nennt mögliche industrielle Anwendungen, gibt jedoch keine Details zu Integration in Brennstoffzellen, chemische Synthese oder Verbrennungsprozesse.
Das Konsortium plant, diese Punkte in den nächsten Forschungsjahren zu adressieren und die Technologie von der Labor- zur Großtechnik zu überführen.
FAQ
Wie unterscheidet sich das System von Lithium-Batterien?
Das Copolymer speichert Energie chemisch im Polymer selbst, nicht in separaten Zellen. Es kombiniert Solareinfang und chemische Speicherung, wodurch Wasserstoff on-demand erzeugt werden kann – auch nachts.
Warum ist ein Wirkungsgrad von 72 % beeindruckend?
Die Energie durchläuft mehrere Umwandlungsstufen (Licht → Elektronen → Polymer → chemische Reaktion → Wasserstoff). Jeder Schritt verursacht Verluste; ein Gesamteffizienz von 72 % ist im Vergleich zu anderen grünen Wasserstoff-Routen sehr hoch.
Kann ich morgen Wasserstoff erhalten, wenn ich heute Sonnenlicht nutze?
Ja. Die gespeicherte Energie bleibt mehrere Tage erhalten; durch Zugabe von Säure und Katalysator entsteht Wasserstoff unabhängig vom aktuellen Wetter.
Ist das Material wiederverwendbar?
Der Prozess ist reversibel. Durch pH-Änderungen kann das Copolymer mehrfach geladen und entladen werden. Die genaue Zykluszahl ist noch nicht veröffentlicht.
Wann kommt das auf den Markt?
Das Projekt läuft bis 2026 im Forschungsstadium. Die nächste Phase ist die Skalierung zur großtechnischen Anwendung, was voraussichtlich 5-10 Jahre benötigen könnte.
Fazit
Das neuartige, redox-aktive Copolymer demonstriert, dass Solarenergie chemisch über mehrere Tage hinweg gespeichert und flexibel als Wasserstoff abgerufen werden kann. Mit einer Ladeeffizienz von über 80 % und einem Gesamtwirkungsgrad von 72 % stellt das System einen bedeutenden Fortschritt gegenüber klassischen photokatalytischen Ansätzen dar. Der interdisziplinäre CataLight-Verbund, unterstützt durch rund 12 Millionen Euro DFG-Förderung, liefert die wissenschaftliche Basis und die ersten Leistungsnachweise. Gleichzeitig bleiben zentrale Fragen zur Zyklusstabilität, Wirtschaftlichkeit und industriellen Skalierbarkeit offen. Die kommenden Forschungsjahre werden zeigen, ob das Konzept den Weg zu kostengünstigen, skalierbaren Solarspeichern für die Industrie ebnet.
