Speicher

Datenspeicher aus neuartigen Materialien sollen ermöglichen, Informationen auf kleinerem Raum viel schneller und energiesparender als bisher aufzuzeichnen. Filmaufnahmen mit dem Röntgenlaser zeigen, was im Inneren möglicher neuer Speichermedien passiert und wie sich die Prozesse, bei denen das Material zwischen zwei Zuständen wechselt, optimieren lassen.

Produzieren Fotovoltaik- oder Windkraftanlagen mehr Strom, als das Netz aufnehmen kann, geht wertvolle Energie verloren. Auf der ESI-Plattform untersuchen Forschende des PSI, wie Brennstoffzellen dazu beitragen können, diese Energie durch Speicherung gezielt nutzbar zu machen.

Damit Sonnen- und Windenergie in Form von Wasserstoff gespeichert werden können, werden effiziente Elektrolyseure benötigt. Dank eines neuen Materials, das Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Empa entwickelt haben, dürften diese Geräte in Zukunft günstiger und effizienter werden. Die Forschenden haben auch gezeigt, wie sich das neue Material zuverlässig in grossen Mengen herstellen lässt, und seine Leistungsfähigkeit in einer technischen Elektrolysezelle, der Hauptkomponente eines Elektrolyseurs, nachgewiesen.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben im Labor ein Beschichtungsverfahren entwickelt, das die Effizienz von Brennstoffzellen erhöhen könnte. Das für die Massenproduktion geeignete Verfahren haben die PSI-Wissenschaftler bereits zum Patent angemeldet.

Mithilfe von Röntgen-Tomographie haben Forschende die Vorgänge in Materialien von Batterie-Elektroden detailliert untersuchen können. Anhand hochaufgelöster 3D-Filme zeigen sie auf, weshalb die Lebensdauer der Energiespeicher begrenzt ist.

Natriumdynamik auf mikroskopischem Niveau verstehenLithium-Ionen-Batterien sind sehr leistungsstark, doch die Nutzung von Lithium hat Nachteile: es ist teuer und seine Gewinnung belastet die Umwelt. Eine Möglichkeit, diese Nachteile zu umgehen, wäre statt Lithium Natrium zu verwenden. Um eine Natrium-Ionen-Batterie zu bauen, muss man verstehen, wie sich die Natrium-Ionen in den entsprechen Materialien bewegen. Forschende des Paul Scherrer Instituts haben nun erstmals die Pfade bestimmt, auf denen sich Natrium-Ionen in einem möglichen Batterie-Material bewegen. Mit diesem Wissen kann man überlegen, wie man durch geringe Änderungen der Struktur oder der Zusammensetzung neue Materialien erzeugen kann, die Eigenschaften haben, wie sie in zukünftigen Batterien gebraucht würden.

Lithiumionen-Batterien stellen heute eine der besten Technologien für elektrochemische Energiespeicherung dar. Sie weisen eine hohe Energiedichte bzw. spezifische Energie auf und eine genügend lange Lebensdauer für den Einsatz in Mikroelektronikgeräten und Autos. Der kommerzielle Aufstieg der Li-Ionen-Batterien in den letzten zwei Jahrzehnten ist eindrücklich. Doch Verbesserungen sind immer noch möglich, und daran arbeiten auch Forscher am Paul Scherrer Institut PSI. Gleichwohl ist das Potenzial der Li-Ionen-Batterie chemisch begrenzt: Eine noch höhere Energiedichte, kritisch vor allem für die Elektromobilität , wird nur durch den Einsatz anderer, neuer Batterietypen erreichbar sein.

Für seine Arbeiten zur Erzeugung von Syngas aus Kohlendioxid und Wasser mithilfe konzentrierter Sonnenenergie erhält Aldo Steinfeld, Leiter des Labors für Solartechnik am Paul Scherrer Institut und Professor für Erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich, den Golden Idea Award der IDEE-SUISSE, der Schweizerischen Gesellschaft für Ideen- und Innovationsmanagement. Syngas ist eine Vorstufe verschiedener flüssiger Treibstoffe.

Das Paul Scherrer Institut PSI und die Belenos Clean Power AG haben ein Brennstoffzellensystem entwickelt, das das Potenzial aufweist, kostengünstig in einen Kleinwagen eingebaut zu werden, der dann über seine Lebenszeit ähnlich viel kosten würde wie ein herkömmliches Auto. Für diesen wichtigen Schritt in Richtung umweltfreundliche Mobilität erhalten PSI und Belenos den Watt d’Or 2011.

Der «swisselectric research award 2010» geht an den Chemiker Andreas Hintennach vom Paul Scherrer Institut. Dank seiner Forschung könnten Lithiumionen-Batterien in Zukunft deutlich langlebiger werden. Das Speichern von Strom wird somit umweltfreundlicher und kostengünstiger.

Die Speicherung von elektrischer Energie ist eine der zentralen Fragen der Energiezukunft. Neue Batterietypen zu entwickeln, die mehr Energie speichern können als die heute verfügbaren, ist das Ziel eines Forschungsnetzwerks, das der weltweit grösste Chemiekonzern BASF gemeinsam mit dem Paul Scherrer Institut PSI und Forschungseinrichtungen aus Deutschland und Israel gegründet hat.

Die Vision geht in die operative Phase. Ein nachhaltiger, sauberer Energieverbrauch und eine individuelle Mobilität mit sauberer, CO2-freier Energie, das ist die Vision der Belenos Clean Power AG. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen Anstrengungen unternommen werden, die die ganze Kette von der nachhaltigen Primärenergie à der Sonne à über die saubere Energie für Haushalte, Fabriken u. ä., bis zum effizienten, emissionsfreien Auto-Antrieb umfassen.