Het opslaan van zonne-energie is de centrale uitdaging voor energieonderzoekers. Naast traditionele oplossingen zoals zonnecellen of batterijen, creatieve chemische concepten voor het opslaan van energie maken de weg vrij voor geheel nieuwe mogelijkheden. Intramoleculaire reacties maken het mogelijk om zonne-energie om te zetten en op te slaan in een enkelvoudig molecuul. Dit kan de basis vormen voor de bouw van energiebesparende zonnecellen.

Elektriciteit uit een hernieuwbare energiebron zoals zon of wind is alleen beschikbaar als de wind waait of de zon schijnt, en het is buitengewoon moeilijk om overtollige elektriciteit op te slaan. Er zijn nieuwe concepten nodig - en onderzoekers van de afdeling Scheikunde en Farmacie van de FAU rekenen op chemische concepten voor de opslag van energie.

In twee gezamenlijke projecten de wetenschappers onderzoeken nieuwe ideeën voor het gebruik van moleculen om zonne-energie op te slaan en onderzoeken moleculen en processen waarmee energie efficiënt kan worden opgeslagen en gecontroleerd kan worden vrijgegeven wanneer dat nodig is. Het is zelfs denkbaar dat opgeslagen chemische energie direct kan worden omgezet in elektrische energie.

Het onderzoek is gebaseerd op het zogenaamde norbornadieen-quadricyclane opslagsysteem. Norbornadieen (NBD) en quadricyclaan (QC) zijn koolwaterstoffen en worden al geruime tijd onder experts besproken als potentiële kandidaten voor de opslag van zonne-energie. Onder invloed van licht, een reactie binnen het norbornadieenmolecuul wordt geactiveerd, waardoor het molecuul verandert in quadricyclaan. De reactie produceert een energiedichtheid die vergelijkbaar is met die van een krachtige batterij. Dankzij dit pand quadricyclaan is ook bekend als 'zonnebrandstof'.

Het deelproject gericht op fotochemische en magnetochemische opslag en het vrijkomen van zonne-energie in gespannen organische verbindingen wordt geleid door Prof. Dr. Dirk Guldi en Prof. Dr. Andreas Hirsch. De wetenschappers werken aan de productie van verschillende nieuwe groepen NBD- en QC-derivaten. In aanvulling, ze onderzoeken systematisch de invloed van fotosensitizers en elektronenacceptoren, evenals oplosmiddelen en magnetische velden binnen dit proces. Het langetermijndoel van de onderzoekers is het creëren van een gesloten systeem-brandstofcyclus voor moleculaire opslagsystemen.

Prof. Dr. Julien Bachmann, Prof. Dr. Jörg Libuda en Dr. Christian Papp werken samen in het deelproject dat zich richt op de katalytische en elektrochemische afgifte van zonne-energie die is opgeslagen in gespannen organische verbindingen. De wetenschappers ontwikkelen nieuwe katalysatorsystemen en elektroden waarmee chemische energie direct in elektrische energie kan worden omgezet. Ze zijn van plan het concept achter het functionele principe te bewijzen met behulp van hybride grensvlakken met een geschikte elektronische structuur, chemische structuur en elektrochemische stabiliteit.

De resultaten van beide deelprojecten zouden de basis kunnen vormen voor het bouwen van een energie-opslaande zonnecel. De elektriciteit die door zonne-energie wordt opgewekt, kan dankzij intramoleculaire reacties intelligent worden opgeslagen en zeer efficiënt worden gebruikt.