Multifunktionale Flugzeugbauteile mit integtrierter Semi-Solid-State-Batterie
Im Rahmen des vom AIT geleiteten europäischen Forschungsprojekts SOLIFLY werden multifunktionale strukturelle Bauteile für Flugzeuge entwickelt, die auch als Speicher von elektrischer Energie dienen.
Pipistrel PVRK-1 Miniliner Concept (c) Pipistrel
Im Rahmen von SOLIFLY (Semi-SOlid-state LI-ion Batteries FunctionalLY Integrated in Composite Structures for Next Generation Hybrid Electric Airliners) forscht das AIT Austrian Institute of Technology in einem Konsortium mit den Luftfahrtforschungszentren ONERA und CIRA, den Universitäten Wien und Neapel sowie dem mittelständischen Unternehmen CUSTOMCELLS Itzehoe an der Entwicklung von speziellen Flugzeugbauteilen, die einerseits mechanisch-strukturelle Eigenschaften haben, also beispielsweise in der Tragekonstruktion verbaut sind, und andererseits als elektrische Energiespeicher dienen. Erklärtes Ziel ist es, eine nachhaltige Elektrifizierung der Luftfahrt zu unterstützen: Durch die Multifunktionalität dieser Bauteile soll eine Erhöhung der Gesamtsystemeffizienz erzielt werden, beispielsweise durch Gewichtsreduktion oder die Integration von dezentralen Energiespeichern.
Auf dem Weg zu einer emissionsfreien Luftfahrt
Vor dem Hintergrund der Klimaveränderung gerät der Flugverkehr zunehmend in die Kritik. Einer aktuellen internationalen Studie der International Energy Agency (IEA) zufolge trägt die Luftfahrt am menschengemachten Klimawandel mit rund 2.5 Prozent der globalen CO2-Emissionen bei. Geht man davon aus, dass der Flugverkehr trotz des Einbruchs durch die Coronakrise der am stärksten wachsende Verkehrssektor bleibt, besteht hier also dringender Handlungsbedarf. So hat auch die Luftfahrt ihren aktiven Beitrag zu den im Europäischen Green Deal verankerten Zielen zur Erreichung der Klimaneutralität bis 2050 zu leisten.
Ähnlich wie beim Straßenverkehr findet auch in der Luftfahrt ein Wandel von traditionellen, mit fossilen Treibstoffen betriebenen Antrieben hin zu vermehrt elektrischen Antriebslösungen statt. Das Ziel ist die Steigerung der Energieeffizienz und der Umstieg auf erneuerbare Energieträger, wodurch die Umwelteinwirkungen durch die nächste Flugzeuggeneration reduziert werden – bis hin zu einer vollständigen Dekarbonisierung des Luftverkehrs. Das AIT Austrian Institute of Technology unterstützt dabei die europäische Luftfahrtindustrie mit technologischen Lösungen für die Entwicklung von "Hybrid Electric Aircraft".
Multifunktionale Bauteile mit integtrierter Semi-Solid-State-Batterie
Eine zentrale Rolle bei der Elektrifizierung von Flugzeugen spielen Energiespeichersysteme, die den Ansprüchen der Aeronautik gerecht werden. So bedarf es Batterien mit hoher Energiedichte, die gleichzeitig den höchsten Sicherheitsstandards entsprechen. Neuartige Solid-State-Batterien aus Aktivmaterialien mit hoher Energiedichte und festem, nicht entflammbaren Elektrolyt weisen diese Eigenschaften auf. Aktuell werden Solid-State-Batterien hauptsächlich für automotive Anwendungen entwickelt, ihre tatsächliche Markteinführung wird jedoch nicht von 2025 erwartet. Die Entwicklung luftfahrttauglicher Batterietechnologien und -systeme für Großraumflugzeuge steht zur Zeit noch ziemlich am Anfang und wird in mehreren europäischen Forschungsprojekten mit AIT-Beteiligung (IMOTHEP und ORCHESTRA) vorangetrieben.
Das Ziel von SOLIFLY ist die Entwicklung multifunktionaler struktureller Bauteile mit integrierter Semi-Solid-State-Batterie für die aeronautische Anwendung, um somit Festkörper-Batterien zu einer praktikablen Technologie für die nächste Generation von (Hybrid-)Elektroflugzeugen zu machen.
Im Rahmen von SOLIFLY sollen zwei unterschiedliche skalierbare Batteriezellkonzepte entwickelt und kombiniert werden: einerseits sogenannte Coated Carbon Fibres (CCF/mit Aktivmaterial beschichtete Karbonfasern), die intrinsisch Energie speichern, und andererseits dünne Batteriezellen, die im Karbonverbund in der Struktur verbaut werden (Reinforced Multilayer Stack/RMS). Anschließend sollen beide Zell-Konzepte auf ein repräsentatives luftfahrttaugliches Bauteil (ein versteiftes Paneel) hochskaliert werden, um die elektrochemischen und mechanischen Eigenschaften der entwickelten strukturellen Batterietechnologie zu demonstrieren.
Miteinbeziehung der Luftfahrtindustrie
Ein Aspekt, der bei SOLIFLY im Vordergrund steht, ist die enge Anbindung der Technologieentwicklung an die tatsächlichen Bedürfnisse der Luftfahrtindustrie. Um dies sicherzustellen, fließen die Erwartungen und Spezifikationen der Flugzeugbauer von Anfang an in den Designprozess ein, unter Berücksichtigung von Flugtauglichkeits- und Produktionsanforderungen. Eine Technologie-Roadmap und eine Technology-Readiness-Level-Scale-up-Strategie stehen am Ende des Projekts, um zu gewährleisten, dass die an sich skalierbaren Prozesse auch tatsächlich industrialisiert werden können.
