Entwicklung und Erprobung ultraleichter Verbundstrukturen mit integrierter elektrischer Speicherfunktion (ElViS) - Bauweisen, Herstellung und experimentelle Charakterisierung

Abstract

Bei der Entwicklung elektrisch betriebener Luftfahrzeuge nimmt der Leichtbau einen besonderen Stellenwert ein, da notwendige Energiespeichersysteme nach heutigem Stand der Technik ein sehr hohes zusätzliches Gewicht bedeuten. Dadurch verringern sich die erzielbare Reichweite oder die Transportkapazität. Darüber hinaus ist insbesondere bei kleineren Luftfahrzeugen bzw. Lufttransportsystemen (Drohnen, Multicopter) die Gewichtsverteilung zu beachten, was mit schweren, kompakten Batterien zu bauraumbedingten Herausforderungen führt. Daher steht ein Durchbruch (hybrid)elektrischer Antriebssysteme in der Luftfahrt noch aus. Um signifikante Fortschritte in Richtung Elektrofliegen zu erzielen wurden zwei wesentliche Ansätze identifiziert. Einerseits kann eine Verbesserung der Speichersysteme infolge einer höheren gravimetrischen Energiedichte der einzelnen Speicherzellen erfolgen und andererseits mittels gezielter Multifunktionalisierung (Entfall redundanter Materialsysteme). Das Verbundvorhaben ElViS verbindet beide Ansätze auf einzigartige Weise miteinander. Ziel des Vorhabens ist es mechanisch beanspruchbare Verbundstrukturen mit integrierter elektrischer Speicherfunktion zu entwickeln, experimentell zu analysieren und bezüglich ihrer Eignung für Luftfahrzeuge zu bewerten. Dazu sollen die bisher in Speichern verwendeten Materialien, die keine lasttragende Funktion haben, durch Werkstoffe mit höherer mechanischer Beanspruchbarkeit ersetzt werden. Ein vielversprechender Ansatz hierfür ist die Verwendung modifizierter Fasern, die neben ihrer strukturellen Tragfunktion auch als Kathode/Anode (imprägniert mit Lithium/Schwefel) oder als Separator (Glas- o. Polymerfasern) eingesetzt werden können.