Ausgangspunkt / Motivation

Die Luftfahrt muss ihre Treibhausgasemissionen senken, um bis 2050 klimaneutral zu werden. Ein Haupthindernis für elektrische Antriebe ist das hohe Gewicht herkömmlicher Batterien, das die Nutzlast stark einschränkt. MATISSE setzt hier an, um Bauteile wie Flügelspitzen selbst als Energiespeicher zu nutzen.

Durch die Kombination von mechanischer Stabilität und Energiespeicherung in einem Bauteil wird das zusätzliche Gewicht konventioneller Batteriegehäuse deutlich reduziert. Dies ist eine Schlüsseltechnologie für die nächste Generation von Pendler- und Regionalflugzeugen, um die europäische Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit im Transportsektor zu sichern.

Ziele

• Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Zelltechnologie mit quasi-festen Elektrolyten für mechanisch belastbare Anwendungen
• Nahtlose funktionale Integration dieser Batteriezellen in kohlenstofffaserverstärkte Flugzeugstrukturen
• Entwicklung intelligenter Überwachungssysteme durch integrierte Sensoren zur Gewährleistung von Sicherheit und Leistung
• Qualifizierung der Technologie durch einen großflächigen Flügelspitzen-Demonstrator bis zum Projektende

Inhalt

MATISSE erforscht eine neuartige Zellchemie mit einem polymer-ionischen Quasi-Festkörper-Elektrolyten, der speziell für das Tragen struktureller Lasten geeignet ist. Diese Zellen werden in Sandwich-Strukturen eingebettet, die als strukturelle Batteriemodule fungieren.

Ein besonderer Fokus liegt auf der "Intelligenz" dieser Bauteile: Integrierte Sensoren auf Zell- und Strukturebene überwachen den Zustand und kommunizieren über moderne Datenleitungen mit einer Überwachungseinheit.

Das Projekt umfasst zudem Aspekte der Flugzertifizierung, der Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus sowie die virtuelle Skalierung für größere Flugzeugtypen, um eine breite industrielle Anwendung vorzubereiten.

Methodik/Vorgehensweise

Die methodische Umsetzung erfolgt durch die Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Batteriematerialien im Labormaßstab, gefolgt von der Integration in Flugzeug-Verbundstrukturen. Ein zentrales Element ist der Bau eines physischen Demonstrators: einer funktionsfähigen Flügelspitze im Originalmaßstab (1,42 m x 0,69 m) für das Elektroflugzeug Pipistrel Velis Electro.

Dieser Demonstrator enthält ein Modul aus 40 Batteriezellen und dient der praktischen Validierung von Leistungsabgabe und Sicherheit. Begleitend werden umfassende Testkampagnen durchgeführt, um die Technologie bis zum Projektende auf das Reifegrad-Level TRL 4 zu heben.

Erwartete Ergebnisse

• Ein voll funktionsfähiger Flügelspitzen-Demonstrator mit integriertem 72V-Batteriemodul
• Nachweis einer Energiedichte von 170 bis 270 Wh/kg auf Zelllebene in belastbarer Ausführung
• Etablierung intelligenter Überwachungs- und Kommunikationssysteme innerhalb der Flugzeugstruktur
• Nachweis der Machbarkeit von lasttragenden Batterien für die nächste Generation hybridelektrischer Flugzeuge
• Validierte Daten zur Leistung, Sicherheit und Zertifizierbarkeit struktureller Batteriesysteme

Projektkoordination

AIT Austrian Institute of Technology

Projektpartner:innen

• CIRA – Italian Aerospace Research Centre, IT
• Pipistrel Vertical Solutions, SI
• Sensichips, IT
• Lead Tech, IT
• KIT – Karlsruher Institut für Technologie, DE
• Israel Aerospace Industries, IL

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Giefinggasse 4
A-1210 Wien