Forscher arbeiten an Flugzeugstrukturen mit integrierten Batterien

Bisher werden bei E-Flugzeugen die Batterien meist als kastenförmiges Batteriepack im Rumpf verbaut. Ein europäisches Konsortium hat drei Jahre lang an multifunktionalen Flugzeug-Strukturen geforscht, in die Batterien bereits integriert sind – um die Effizienz zu erhöhen und Emissionen zu senken.

Das vom Austrian Institute of Technology (AIT) geleitete europäische Forschungsprojekt SOLIFLY (Semi-SOlid-state LI-ion Batteries FunctionalLY Integrated in Composite Structures for Next Generation Hybrid Electric Airliners) hat erfolgreich seine Abschlussphase erreicht. Über den Zeitraum von drei Jahren seien „bedeutende Fortschritte im Bereich der Elektrifizierung der Luftfahrt erzielt“ worden, wie das AIT mitteilt.

Im Mittelpunkt von SOLIFLY stand die Entwicklung spezieller Flugzeugteile, die gleich zwei Funktionen übernehmen. Zum einen sollen sie als tragendes Bauteil in die Konstruktion intergriert werden, müssen also über entsprechende mechanisch-strukturelle Eigenschaften verfügen. Zum anderen sollen sie gleichzeitig als Energiespeicher dienen – das Artikelbild zeigt etwa eine Prototypen-Batteriezelle, die auch mit Gewichten mechanisch belastet werden kann, aber zugleich Luftfahrt-typisch leicht sein muss.

„Durch die Multifunktionalität dieser Bauteile soll die Gesamtsystemeffizienz gesteigert werden. Die gleichzeitige Speicherung elektrischer Energie und der Erhalt der mechanischen Festigkeit tragen zur Reduktion des Systemgewichts bei“, so das AIT.

Als Schlüsselelement bei der Umsetzung solcher multifunktionaler Energiespeicher haben die beteiligten Forscherteams die „lasttragende Semi-Solid-State-Elektrochemie“ identifiziert. Der nicht entflammbare, strukturelle Elektrolyt spielt dabei eine Hauptrolle. Aber auch die restliche Formulierung der Zelle muss mit den in der Luftfahrt anerkannten Strukturmaterialien und Herstellungsprozessen kompatibel sein. Im Rahmen von SOLIFLY wurden zwei Konzepte erarbeitet: „Das erste Konzept weist nach der ersten Entwicklungsphase eine spezifische Energie von 50 Wh/kg und ein Elastizitätsmodul von 10 GPa auf. Es wurde eine Serie größerer, mehrlagiger struktureller Batteriezellen für den multifunktionalen Projektdemonstrator hergestellt. Das zweite Konzept nutzt Carbonfasern sowohl als Strukturelement als auch als Stromsammler. Diese Variante ist derzeit weniger ausgereift, insbesondere in Bezug auf die elektrische Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit“, heißt es in der Mitteilung.

Ein weiterer Erfolg des Projekts war die Entwicklung eines Ansatzes zur Integration struktureller Batteriezellen in luftfahrttaugliche, hochfeste Carbon-Komposit-Bauteile, ohne deren mechanische Eigenschaften zu beeinträchtigen. Dies wurde im multifunktionalen Projektdemonstrator demonstriert, einem hochfesten, versteiften Paneel, das als repräsentatives Standardbauteil gewählt wurde. Damit konnte nachgewiesen werden, dass die Integration von Energiespeichern mit den hohen mechanischen Anforderungen in der Luftfahrt vereinbar ist.

„Mit SOLIFLY haben wir gezeigt, dass die Integration von Batterietechnologie in Strukturbauteile möglich ist, ohne ihre mechanischen Eigenschaften entscheidend zu beeinträchtigen“, sagt AIT-Forscher und SOLIFLY-Koordinator Helmut Kühnelt. „Dies ist ein wichtiger Schritt für multifunktionale Energiespeicher als Schlüsseltechnologie für zukünftige klimaneutrale Luftfahrt. Durch die enge Zusammenarbeit von angewandter Forschung und Industrie konnten wir sicherstellen, dass unsere Entwicklungen zukunftsweisend und doch praxisnah sind.“

Auch wenn jetzt der Abschluss von SOLIFLY verkündet wurde, gehen die Forschungsarbeiten am AIT weiter: Das Nachfolgeprojekt MATISSE ist wie berichtet bereits angelaufen.

ait.ac.at