ElViS

Entwicklung und Erprobung ultraleichter Verbundstrukturen mit integrierter elektrischer Speicherfunktion (Teilvorhaben: Bauweisenentwicklung, Herstellung und experimentelle Charakterisierung)

Die Zukunft der urbanen Mobilität kann durch das elektrische Fliegen nachhaltig und ökologisch verändert werden. Leichtbau und Energiespeicherung nehmen dabei einen besonderen Stellenwert ein, da aufgrund des hohen zusätzlichen Gewichts gegenwärtiger Energiespeichersysteme nur reduzierte Reichweiten oder Transportkapazitäten erzielt werden können. Insbesondere bei kleineren Luftfahrzeugen bzw. Lufttransportsystemen (Drohnen, Multicopter) können schwere, kompakte Batterien zu bauraumbedingten Herausforderungen und unvorteilhaften Gewichtsverteilungen führen. Der Durchbruch elektrischer oder hybrid-elektrischer Antriebssysteme basierend auf der aktuellen Batteriesystemtechnologie steht allerdings noch aus. Um signifikante Fortschritte im Bereich des elektrischen Fliegens zu erzielen, wurden zwei wesentliche Entwicklungsansätze identifiziert. Einerseits kann eine Verbesserung der Speichersysteme durch eine Erhöhung der gravimetrischen Energiedichte der einzelnen Speicherzellen erfolgen. Andererseits kann das Strukturgewicht infolge einer gezielten Multifunktionalisierung der verwendeten Werkstoffe (Materialsubstitution zur Vermeidung redundanter Eigenschaften und Funktionen) gesenkt werden. Mit der Entwicklung sogenannter strukturtragender Energiespeicher können etwa mechanische Schutzgehäuse entfallen und/oder bestehende Faserverbundstrukturen ersetzt werden, um zusätzliche elektrische Energie pro Masseneinheit bereitzustellen. Das Ziel im Verbundvorhaben ElViS war es, mechanisch beanspruchbare Verbundstrukturen mit integrierter elektrischer Speicherfunktion zu entwickeln, experimentell zu analysieren und bezüglich ihrer Eignung für Luftfahrzeuge zu bewerten.

Grafik mit zunehmender Detailtiefe von rechts nach links: Darstellung eines Flugzeugs, eines Flugzeugsitzes und detaillierter Leichtbaustrukturen. — Abb.01: Mögliche Anwendung für strukturtragende Batterien mit multifunktionalen Kohlenstofffasern.

Strukturquerschnitt (links), Zoom der Struktur (rechts) einer porösen Kohlenstofffaser. — Abb. 01: Poröse Kohlenstofffaser mit den wesentlichen Eigenschaften hohe Leitfähigkeit und große Oberfläche.

Zeitraum

01.05.2022–31.08.2025

Projektpartner

Professur für Leichtbau und Verbundwerkstoffe der Hochschule für Technik, Wirtschaft, Kultur Leipzig (HTWK)
Professur für Anorganische Chemie II (AC) der TU Dresden

Assoziierte Partner

Förderung/Finanzierung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE): Luftfahrtforschungsprogramm LuFo VI-2
"Disruptive Technologien und innovative Systeme (ökoeffizientes Fliegen)"
Förderkennzeichen: 20E2118A