{"id":280678,"date":"2021-04-10T11:00:00","date_gmt":"2021-04-10T09:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/innovationorigins.com\/?p=280678"},"modified":"2021-04-10T11:00:00","modified_gmt":"2021-04-10T09:00:00","slug":"wie-forscher-die-strukturelle-batterie-in-bauteile-von-flugzeugen-integrieren-wollen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/wie-forscher-die-strukturelle-batterie-in-bauteile-von-flugzeugen-integrieren-wollen\/","title":{"rendered":"Wie Forscher die strukturelle Batterie in Bauteile von Flugzeugen integrieren wollen"},"content":{"rendered":"\n

Die Luftfahrt ist der am st\u00e4rksten wachsende Verkehrssektor und Experten gehen davon aus, dass sich dieser Trend auch nach der Pandemie fortsetzen wird. Laut der International Energy Agency<\/a><\/em> (IEA) tr\u00e4gt der Flugverkehr schon jetzt mit rund 2,5 Prozent der globalen CO2-Emissionen zum menschengemachten Klimawandel bei. Soll der Clean Aviation<\/a> Fahrplan der EU eingehalten werden, dann besteht dringender Handlungsbedarf. Laut diesem sollen die ersten hybridelektrischen Flugzeuge 2035 in die Luft gehen.<\/p>\n\n\n\n

Elektrifizierung der Luftfahrt<\/h3>\n\n\n\n

Wie in der Automobilindustrie will man auch in der Luftfahrtindustrie auf erneuerbare Energien umsteigen. Am vielversprechendsten sind elektrische Antriebsl\u00f6sungen. Die ideale Batteriel\u00f6sung sieht man hier wie dort in der Festk\u00f6rperbatterie. W\u00e4hrend die ersten Autos mit Festk\u00f6rperbatterien schon 2025 erscheinen sollen, steht die Forschung in der Luftfahrt noch ziemlich am Anfang. Das liegt unter anderem an den ungleich h\u00f6heren Anforderungen an Energiedichte und Systemsicherheit.<\/p>\n\n\n\n

Auch interessant:<\/strong> Besseres Morgen: Super-Batterien k\u00f6nnten eine Reichweite von mehr als 1000 Kilometern haben<\/a><\/p>\n\n\n\n

\u201eDie Elektrifizierung von Flugzeugen hat mit Sekund\u00e4rsystemen wie Enteisung oder Aktuatorik begonnen\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Helmut K\u00fchnelt<\/a>, Forscher am Center for Low-Emission Transport<\/a><\/em> am AIT Austrian Institute of Technology<\/em>.<\/a> Dabei verweist er auf die 2011 eingef\u00fchrte Boeing Dreamliner 787<\/a><\/em>, bei der erstmals Zapfluftsysteme sowie pneumatische und hydraulische Systeme elektrifiziert wurden. \u201eJetzt geht es aber um die Elektrifizierung des Antriebsstrangs und da steht die Entwicklung noch ziemlich am Anfang\u201c, so der Forscher.<\/p>\n\n\n\n

Batteriehybride L\u00f6sungen<\/h3>\n\n\n\n

Am AIT n\u00e4hert man sich Problemstellungen in ganzheitlicher Art und forscht derzeit gleich in drei europ\u00e4ischen Projekten, in denen die Elektrifizierung der Luftfahrt vorangetrieben wird, IMOTHEP<\/a>, ORCHESTRA<\/a> und SOLIFLY<\/a>. Im Fokus stehen batteriehybride L\u00f6sungen, die auf das Segment der Regionalflugzeuge f\u00fcr circa 50 Passagiere zielt. Wenn luftfahrttaugliche Batteriezelltechnologien erst vorhanden sind, w\u00e4re ein solches am schnellsten am Markt umzusetzen, erkl\u00e4rt K\u00fchnelt.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Er selbst leitet das Projekt SOLIFLY, in dem die strukturelle Batterie f\u00fcr Luftfahrtanwendungen entwickelt werden soll. Die strukturelle Batterie steht f\u00fcr Bauteile, die beides besitzen, mechanische und Energiespeicher-Eigenschaften. Als solches hat sie das Potenzial Gewicht zu reduzieren und kann die Gesamtsystemeffizienz von Flugzeugen erh\u00f6hen. Den Antriebsstrang werde man mit diesem neuartigen Energiespeichersystem voraussichtlich nicht bedienen k\u00f6nnen, erkl\u00e4rt K\u00fchnelt. Aber im elektrischen Flugzeug der Zukunft werde es voraussichtlich nicht nur eine Energiespeicherl\u00f6sung geben, sondern ein hybrides System, das auf unterschiedliche Energiequellen zugreift.<\/p>\n\n\n\n

Strukturelle Batterie<\/h3>\n\n\n\n

Im Projekt stellt sich die Frage nach dem Batteriekonzept und der strukturellen Integration. Wobei es auch zu einer erstmaligen Demonstration des neuartigen Systems
in einem luftfahrtrelevanten Bauteil kommen soll. Das Team SOLIFLY kann erst auf akademische Grundlagen zur\u00fcckgreifen. Die Untersuchung von gezielten Luftfahrtanwendungen sei erstmalig, so K\u00fchnelt. \u00dcber Industriepartner sollen zudem tats\u00e4chliche Erwartungen an die strukturelle Batterie einflie\u00dfen.  <\/p>\n\n\n\n

Die Forscher kn\u00fcpfen an bestehende Ans\u00e4tze an und entwickeln zwei verschiedene Batteriekonzepte, deren Leistungen sie vergleichen. Beide Konzepte basieren auf Semi-Solid-State Batterien<\/em>, bei denen der Elektrolyt aus einer offenporigen Polymermatrix und einer ionischen Fl\u00fcssigkeit besteht. Letzteres ist ein nicht entflammbares Salz, das sicherer ist als konventionelle Fl\u00fcssigelektrolyte. Den Elektrolyt gilt es zu optimieren. Sowohl f\u00fcr die Kathode als auch die Anode werden aktuelle Aktivmaterialien mit hoher Energiedichte verwendet.<\/p>\n\n\n\n

Im einem der beiden Batteriekonzepte soll Aktivmaterial f\u00fcr die Beschichtung von Karbonfasern zur Anwendung kommen. Als Anode k\u00f6nnten Karbonfasern auch unbeschichtet als Stromableiter und Struktur dienen. Das sei auch der Umstand, dem die unkonventionelle Wahl der Semi-Solid-State -Batterie<\/em> geschuldet ist, so K\u00fchnelt.<\/p>\n\n\n\n

In der Umsetzung werden Karbonfasern als strukturelle Stromleiter auf Anoden- und Kathodenseite eingesetzt. Die Beschichtungen dienen dann zur Energiespeicherung.<\/p>\n\n\n\n

Im zweiten Batteriekonzept soll das Material zu d\u00fcnnen Batteriezellen formuliert werden und dann im Karbonverbund in die Struktur integriert.<\/p>\n\n\n\n

Problem der Integration<\/h3>\n\n\n\n

Bei der Integration der Batteriekonzepte gilt es vorzeitige Sch\u00e4digungen zu vermeiden. Konzepte zur Verbindung von Strukturelement und Energiespeicher werden entwickelt und dann mit Computermodellen optimiert. \u201eDie zwei Batteriekonzepte weisen unterschiedliche Integrationsgrade auf, eignen sich aber m\u00f6glicherweise auch f\u00fcr unterschiedliche Anwendungsbereiche\u201c, erkl\u00e4rt K\u00fchnelt.<\/p>\n\n\n\n

Das energiespeichernde Bauteil ist in der Anwendung hohen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt, welche die Batterie sch\u00e4digen k\u00f6nnen. Dazu kommt, dass verschiedene Zonen des Bauteils unterschiedlichen Belastungsarten ausgesetzt sind. Deshalb wird untersucht, welche Bereiche des Bauteils sich am besten zur Integration mit Energiespeichern eignen.<\/p>\n\n\n\n

Der in der Struktur integrierten Zelle muss Energie zugef\u00fchrt und wieder abgef\u00fchrt werden. Dazu braucht es elektrische Leiter. Das werden voraussichtlich keine Kabel sein, sondern elektrisch leitende B\u00e4nder. K\u00fchnelt: \u201eAuch hier ist eine Herausforderung, die elektrischen Leiter so in die Struktur zu integrieren, dass keine fr\u00fchzeitigen Sch\u00e4digungen auftreten.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Industrialisierung<\/h3>\n\n\n\n

Zu untersuchen ist weiters, in welchen Bauteilen die strukturelle Batterie umgesetzt werden kann. Relevante Anwendungsf\u00e4lle sollen gemeinsam mit den Industriepartnern identifiziert werden. Wobei sich die Forscher zun\u00e4chst auf den Innenraum konzentrieren. Dadurch fallen die Au\u00dfenhaut betreffende Faktoren wie Fremdobjekteinschl\u00e4ge und Blitzschutz weg. Die strukturelle Batterie soll sich aber auf jeden Fall in der N\u00e4he des zu speisenden Ger\u00e4ts befinden, um elektrische Verbindungen zu minimieren.<\/p>\n\n\n\n

Das technische Forschungsziel ist dann erreicht, wenn es gelingt, die entwickelte Technologie in einem Demonstrator zu integrieren, deren strukturelle und elektrische Performance zu charakterisieren und mit dem konventionellen Paneel zu vergleichen. Der Demonstrator ist in diesem Fall ein versteiftes Paneel, das ein Standardbauteil darstellt und eine Gr\u00f6\u00dfe von 40 mal 80 Zentimetern hat.<\/p>\n\n\n\n

Weiters soll festgestellt werden, ob die Produktionsprozesse auch tats\u00e4chlich industrialisierbar sind und was es brauchen w\u00fcrde, die strukturelle Batterie zu industrialisieren. Dazu soll eine Technologie Roadmap und eine Technologie-Readiness-Level-Scale-Up-Strategie erstellt werden.<\/p>\n\n\n\n

Br\u00fcckentechnologie<\/h3>\n\n\n\n

Zun\u00e4chst wird im Projekt der Semi-Solid-State-Ansatz verfolgt. Nach weiteren Technologieentwicklungsschritten sollen in Zukunft jedoch Festk\u00f6rperbatterien integriert werden k\u00f6nnen. Im Unterschied zur konventionellen Lithium\u2013Ionen-Batterie kommt die Festk\u00f6rper-Batterietechnologie ohne fl\u00fcssige Elektrolyte aus.<\/p>\n\n\n\n

Auch in Verkehrsflugzeuge integrierbare Hochleistungsbatterien m\u00fcssen erst entwickelt werden. Wobei die Energiedichten, die der Antriebsstrang erfordert, momentan auch noch nicht verf\u00fcgbar sind. Bis die strukturelle Batterie erforscht ist, werde es aber noch deutlich l\u00e4nger dauern, so K\u00fchnelt. Gleichzeitig muss auch der Flugzeugbau neu gedacht werden, wie dies die AIT-Forscher etwa im Projekt IMOTHEP tun. Der Forscher hofft, dass die beiden Entwicklungsstr\u00e4nge bis 2030 zusammengef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Dann kann der ambitionierte Clean Aviation Fahrplan<\/em> der EU eingehalten werden und die ersten hybridelektrischen Flugzeuge werden 2035 abheben.<\/p>\n\n\n\n

Zum Projekt<\/h3>\n\n\n\n

Der Projektname SOLIFLY<\/a>  ist die Abk\u00fcrzung f\u00fcr Semi-Solid-state LI-ion Batteries FunctionalLY Integrated in Composite Structures for Next Generation Hybrid Electric Airliners<\/em>. Die Forscher des AIT forschen im Verbund mit den Luftfahrtforschungszentren ONERA<\/a> (FRA) und CIRA<\/a> (IT), den Universit\u00e4ten Wien<\/a> und Neapel<\/a> sowie dem mittelst\u00e4ndischen Unternehmen CUSTOMCELLS Itzehoe<\/a>. (D)<\/p>\n\n\n\n

Auch interessant<\/strong>: Luftfahrtindustrie an die Europ\u00e4ische Kommission: \u201eWir brauchen Geld, um emissionsfreie Flugzeuge zu entwickeln\u201d<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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