Ausgangspunkt / Motivation

Der Luftverkehr trägt erheblich zum globalen CO₂-Ausstoß und zur Erderwärmung bei. Um die Klimaziele des European Green Deals bis 2050 zu erreichen, muss die Luftfahrt elektrifiziert werden. Die größte Herausforderung bei großen Flugzeugen ist jedoch das Gewicht herkömmlicher Batteriesysteme, die zudem viel Platz beanspruchen.

SOLIFLY setzt hier an, um tragende Bauteile wie Paneele selbst als Batteriespeicher zu nutzen. Damit wird die Effizienz gesteigert, da das Material eine Doppelfunktion erfüllt: mechanische Stabilität und Energiespeicherung ohne schweres Zusatzgewicht für Gehäuse.

Ziele

• Entwicklung einer luftfahrttauglichen strukturellen Batterie auf Basis der Semi-Solid-State-Technologie
• Funktionale Integration dieser Speicher in versteifte Paneele aus Karbonfaserverbundwerkstoffen
• Charakterisierung der elektrochemischen und mechanischen Leistungsfähigkeit des entwickelten Demonstrators
• Erreichen des Technologie-Reifegrades TRL 4 zur Vorbereitung der industriellen Anwendung

Inhalt

Im Rahmen von SOLIFLY wurden spezielle Flugzeugbauteile entwickelt, die sowohl mechanische Lasten tragen als auch Strom speichern können. Der Fokus lag auf der Entwicklung einer Semi-Solid-State-Batterie, die sich durch hohe Sicherheit auszeichnet, da ihr neu entwickelter Elektrolyt schwer entflammbar ist.

Diese Technologie wurde in Karbonfaserstrukturen eingebettet, um ein "smartes" Bauteil zu schaffen. Durch die Kombination von Materialwissenschaft und Aeronautik wurde die Grundlage für die nächste Generation von hybridelektrischen Passagierflugzeugen geschaffen, wobei die Anforderungen der Industrie direkt in den Designprozess einflossen.

Methodik/Vorgehensweise

Die methodische Umsetzung kombinierte zwei innovative Ansätze: Einerseits wurden beschichtete Karbonfasern (CCF) entwickelt, die intrinsisch Energie speichern. Andererseits kamen verstärkte mehrschichtige Stapel (RMS) zum Einsatz, also dünne Batteriezellen, die direkt im Verbundwerkstoff verbaut wurden.

Als Materialformulierung diente eine Kombination aus speziellen Kathoden und Anoden mit einem bikontinuierlichen Polymer-Elektrolyten. Diese Komponenten wurden auf ein repräsentatives Bauteil – ein versteiftes Paneel – hochskaliert, um unter realitätsnahen Bedingungen zu demonstrieren, wie sich die mechanischen und elektrischen Eigenschaften im Verbund verhalten.

Ergebnis zu Projektende

• Erfolgreiche Fertigung eines luftfahrttauglichen, multifunktionalen Paneels mit integriertem Energiespeicher
• Nachweis einer Energiedichte auf Zellebene zwischen 100 und 180 Wh/kg bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit
• Erstellung einer Technologie-Roadmap zur Industrialisierung struktureller Batterien für die zukünftige Luftfahrtindustrie

Projektleitung

AIT Austrian Institute of Technology

Projektpartner:innen

• Universität Wien, Institut für Materialchemie
• Office National d'Etudes et de Recherches Aerospatiales, FR
• Customcells Holding, DE
• Universita degli Studi di Napoli Federico II, IT
• C.I.R.A. Centro Italiano Ricerche Aerospaziali, IT
• Customcells Itzehoe, DE

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