PrintCap

Auslegung und Optimierung von additiv gefertigten strukturtragenden Energiespeichern

Die Integration von Energiespeicherfunktionen in tragende Leichtbaustrukturen stellt einen zentralen Innovationsansatz für zukünftige mobile Systeme dar. Insbesondere in unbemannten Luftfahrzeugen eröffnet die funktionale Kopplung von Struktur und Energiespeicherung erhebliches Potenzial zur Reduktion von Systemgewicht und Bauraum. Ziel des Projekts PRINTCAP war die Entwicklung eines additiv gefertigten, strukturtragenden Superkondensatorsystems auf Basis kontinuierlicher, funktionalisierter Kohlenstofffasern und thermoplastischer PVA-Gel-Polymer-Elektrolyte. Hierzu wurde eine durchgängige Prozesskette von porösen, kohlenstofffaserbasierten Elektroden und deren Modifikation mittels vertikal ausgerichteter Kohlenstoffnanoröhren über die kontinuierliche Tape-Herstellung bis zur 3D-Druckintegration aufgebaut (Abb. 1). Ergänzend wurden numerische Mehrskalenmodelle entwickelt, um mechanische und elektrochemische Anforderungen zu koppeln und eine topologieoptimierte Bauteilgestaltung zu ermöglichen. Auf dieser Grundlage wurde ein additiv gefertigter Demonstrator realisiert, der strukturelle Tragfähigkeit und Energiespeicherung in einem Bauteil vereint. Darüber hinaus wurden recyclingfähige thermoplastische Strukturen sowie nachhaltige Elektrolytsysteme untersucht, sodass ein ganzheitlicher Ansatz für multifunktionale, ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen geschaffen wurde.

Prozesskette zur Herstellung 3D-gedruckter struktureller Superkondensatoren von porösen Kohlenstofffasern über VACNT-modifizierte Elektroden und PVA-Integration bis zum additiv gefertigten Demonstrator. — Abb. 1: Integriertes Fertigungskonzept für 3D-gedruckte strukturelle Superkondensatoren- Von porösen Kohlenstofffasern zu strukturell hochintegrierten und materialeffizienten Strukturen.

Zeitraum

01.06.2022–31.05.2025

Projektpartner

Thales S.A.
NAWAH (ehem. NAWA Technologies)
Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK)

Förderung/Finanzierung

Dieses Projekt wird im Rahmen des M-ERA.NET-Calls aus Mitteln des Sächsischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK) gefördert.
Fördernummer: 100634598