Chrom könnte Solarmodule revolutionieren

Chrom erweist sich als günstige und reichlich vorhandene Alternative zu Metallen, die in Smartphone-Bildschirmen und Solarzellen verwendet werden, als äußerst vielversprechend.

Von Andrew Paul | Veröffentlicht am 16. August 2023, 10:00 Uhr EDT

Einige der teuersten und am schwierigsten zu beschaffenden Materialien, die in Smartphone-Bildschirmen und Solarzellen zu finden sind, werden möglicherweise bald durch einen billigeren, exponentiell häufigeren Ersatz ersetzt. Dieser Ersatz ist keine neue Entdeckung – er wird tatsächlich am häufigsten mit Küchengeräten und Motorrädern in Verbindung gebracht.

Wann immer der Kühlschrank, das Werkzeug oder ein anderer Artikel eines Unternehmens als „Edelstahl“ beworben wird, ist das Chrom zu verdanken. Hersteller schätzen seit langem die korrosionsbeständigen Eigenschaften des harten, glänzenden Metalls. Durch die Zugabe zu Stahl ist es beständig gegen Zersetzung und Anlaufen. Unterdessen erzeugt das Galvanisieren einer dünnen Chromschicht auf ein anderes Metall das, was allgemein als Verchromung bekannt ist – man denke an Harley-Davidson-Motorräder oder Hot-Rod-Autos. Chrom kann bis zu 70 Prozent des sichtbaren Lichtspektrums sowie 90 Prozent der Infrarotstrahlung reflektieren.

Nach kürzlich in Nature Chemistry veröffentlichten Erkenntnissen eines Teams der Schweizer Universität Basel funktioniert der sorgfältige Ersatz von Chrom in Katalysatoren und Leuchtmaterialien ebenfalls fast genauso gut wie ihre traditionellen Edelmetallkomponenten Osmium und Ruthenium, allerdings zu einem Bruchteil der Kosten. Darüber hinaus kommt Chrom in der Erdkruste 20.000-mal häufiger vor als beide Edelmetalle – beide sind fast so selten wie Gold oder Platin.

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Wie The Independent am 14. August erklärte, fügte das Team zunächst Chromatome neben Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff in ein steifes Molekülgerüst ein. In dieser Anordnung war Chrom viel reaktiver als seine Edelmetall-Gegenstücke und hielt gleichzeitig den Energieverlust bei molekularen Schwingungen auf einem Minimum.

Bei Bestrahlung mit einer roten Lampe speicherte die Chromverbindung auch Energie in ihren Molekülen für eine mögliche spätere Nutzung, ähnlich wie bei der Photosynthese einer Pflanze. „Aus diesem Grund besteht auch das Potenzial, unsere neuen Materialien in der künstlichen Photosynthese zur Herstellung von Solarkraftstoffen einzusetzen“, sagte Oliver Wenger, Forschungsleiter und Professor am Fachbereich Chemie der Universität Basel, in einer aktuellen Stellungnahme.

Obwohl frühere Forschungen zu Edelmetallalternativen das Potenzial der Verwendung von Eisen und Kupfer mit einigem Erfolg untersuchten, scheint Chrom zunächst deutlich bessere Ergebnisse zu erzielen als beide Optionen. Allerdings räumt Wenger ein: „Es scheint unklar zu sein, welches Metall letztlich das Rennen machen wird, wenn es um zukünftige Anwendungen in Leuchtstoffen und künstlicher Photosynthese geht.“

In Zukunft hofft Wengers Team, seine Forschung auf andere Anwendungen auszuweiten, die es Molekülen ermöglichen könnten, im gesamten Farbspektrum zu leuchten, einschließlich roter, grüner und blauer Farbtöne. Darüber hinaus könnte die Optimierung seiner katalytischen Eigenschaften es weiter zu einem brauchbaren alternativen Material für die Verwendung in Solarstromanlagen machen.

Andrew Paul ist Mitarbeiter bei Popular Science und berichtet über technische Neuigkeiten. Zuvor schrieb er regelmäßig Beiträge für The AV Club und Input und seine jüngsten Arbeiten wurden auch von Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC sowie McSweeney's Internet Tendency vorgestellt. Er lebt außerhalb von Indianapolis.