Forscherinnen und Forscher der Universitäten Freiburg und Ulm haben einen bemerkenswerten Fortschritt erzielt, indem sie eine monolithisch integrierte Photobatterie aus organischen Materialien entwickelt haben. Diese wegweisende Technologie erreicht eine Entladespannung von 3,6 Volt, was sie zu einem der ersten Systeme ihrer Art macht, die Kleinstgeräte betreiben können.

In der Welt der vernetzten intelligenten Geräte und Sensoren spielen kompakte und effiziente Energiequellen eine entscheidende Rolle, um den Energieverbrauch von Konsumgütern und Gebäuden in Echtzeit zu überwachen. Dies gilt besonders für das sogenannte Internet der Dinge, das auf Geräte angewiesen ist, die autonom funktionieren können. Hierbei könnten monolithisch integrierte Batterien eine wichtige Rolle spielen, da sie Energie gewinnen, umwandeln und speichern können, alles in einem einzigen System.

Bildunterschrift: Die monolithisch integrierte Photobatterie aus organischen Materialien erreicht eine Entladespannug von 3,6 Volt. Bild: Robin Weßling

Das Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, das im Rahmen des Exzellenzclusters "Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems" (livMatS) an der Universität Freiburg arbeitet, hat eine monolithisch integrierte Photobatterie entwickelt. Diese innovative Technologie kombiniert eine organische Polymerbatterie mit einer organischen Mehrfachsolarzelle. Die von Rodrigo Delgado Andrés und Dr. Uli Würfel von der Universität Freiburg sowie Robin Weßling und Prof. Dr. Birgit Esser von der Universität Ulm entwickelte Batterie erreicht eine Entladespannung von 3,6 Volt, was sie zu einem der ersten Systeme ihrer Art macht, die Kleinstgeräte betreiben können. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Energy & Environmental Science" veröffentlicht.

Die Photobatterie basiert auf einer skalierbaren Methode zur Herstellung organischer Solarzellen mit fünf aktiven Schichten. Diese Solarzellen erzeugen Spannungen von bis zu 4,2 Volt, und sie wurden mit einer sogenannten Dual-Ion-Battery kombiniert. Im Gegensatz zu den Kathoden herkömmlicher Lithium-Batterien kann diese Batterie mit hohen Strömen aufgeladen werden. Mit einer sorgfältigen Steuerung der Beleuchtungsintensität und Entladungsraten kann die Photobatterie in weniger als 15 Minuten aufgeladen werden und erreicht dabei eine hohe Entladekapazität von bis zu 22 Milliamperestunden pro Gramm (mAh g-1). Bei einem durchschnittlichen Entladepotenzial von 3,6 Volt kann das Gerät eine beeindruckende Energiedichte von 69 Milliwattstunden pro Gramm (mWh g-1) und eine Leistungsdichte von 95 Milliwatt pro Gramm (mW g-1) bieten.

Dieser Durchbruch legt den Grundstein für weitere Forschung und Entwicklung im Bereich organischer Photobatterien und verspricht innovative Anwendungen für kompakte und nachhaltige Energiequellen. Der Exzellenzcluster livMatS verfolgt die Vision, das Beste aus der Natur und der Technik zu kombinieren und lebensähnliche Materialsysteme zu entwickeln, die autonom auf Umweltbedingungen reagieren, saubere Energie aus ihrer Umgebung gewinnen und unempfindlich gegenüber Beschädigungen sind.

Die Forschung wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert und fand im Rahmen des Exzellenzclusters "Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems" statt. Dieses wegweisende Projekt zeigt, wie interdisziplinäre Forschung und innovative Ansätze einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung zukunftsweisender Technologien leisten können.

Über die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, gegründet im Jahr 1457, gehört zu den ältesten und renommiertesten Universitäten Deutschlands und hat im Laufe ihrer bewegten Geschichte zahlreiche historische Errungenschaften hervorgebracht. Die Universität ist in der Stadt Freiburg im Breisgau im Herzen Europas angesiedelt und hat sich zu einem Zentrum für herausragende Forschung und Lehre entwickelt.

Die Geschichte der Albert-Ludwigs-Universität ist von einer bemerkenswerten Kontinuität und einer Vielzahl an historischen Meilensteinen geprägt. Die Universität wurde während des Spätmittelalters gegründet und erlangte rasch internationale Anerkennung als bedeutendes Zentrum des akademischen Lebens. Im Laufe der Jahrhunderte wurden an der Universität bahnbrechende Entdeckungen gemacht und bedeutende Persönlichkeiten ausgebildet.

Ein herausragendes Merkmal der Universität ist ihre Exzellenz in verschiedenen Disziplinen. Im Bereich der Naturwissenschaften und der Medizin haben Forscher der Universität bedeutende Fortschritte erzielt, die das Verständnis und die Behandlung von Krankheiten vorangetrieben haben. Die Universität war auch ein Zentrum für Geisteswissenschaften und Philosophie, und ihre Gelehrten haben wichtige Beiträge zur intellektuellen Entwicklung Europas geleistet.

Ein weiterer historischer Meilenstein für die Universität war die Aufklärung und die damit verbundene Förderung von Wissenschaft und Vernunft. In dieser Zeit florierte die Universität und zog herausragende Denker und Forscher an, die zum Fortschritt der Wissenschaften beitrugen.

Während des 19. und 20. Jahrhunderts hat die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg ihre Position als eine der führenden Bildungseinrichtungen Deutschlands gefestigt und weiter ausgebaut. Die Universität hat eine lange Tradition der Internationalität und hat Forscher und Studierende aus der ganzen Welt angezogen.

Heute setzt die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg ihre Tradition der Exzellenz und Innovation fort. Sie bietet eine breite Palette von Studiengängen in verschiedenen Disziplinen an und betreibt erstklassige Forschung in Bereichen wie Umweltwissenschaften, Medizin, Technologie und Geisteswissenschaften. Die Universität bleibt ein Ort des intellektuellen Austauschs und der Innovation und setzt die Tradition ihrer historischen Errungenschaften fort.