Wie Elektroflugzeuge leichter werden könnten
02. August 2024: Das vom Austrian Institute of Technology (AIT) geleitete europäische Forschungsprojekt „Solifly“ (Semi-SOlidstate LI-ion Batteries Functional- LY) hat erfolgreich seinen Abschluss erreicht. Über einen Zeitraum von drei Jahren hat ein europäisches Konsortium bedeutende Fortschritte im Bereich der Elektrifizierung der Luftfahrt erzielt. Im Fokus der Entwicklung standen spezielle Bauteile mit Doppelfunktion: Sie weisen mechanisch-strukturelle Eigenschaften auf und können in die Tragkonstruktion integriert werden, während sie gleichzeitig als elektrische Energiespeicher dienen.
Das Ziel war es, die nachhaltige Elektrifizierung der Luftfahrt zu unterstützen. Durch die Multifunktionalität dieser Bauteile soll die Gesamtsystemeffizienz gesteigert werden. Die gleichzeitige Speicherung elektrischer Energie und der Erhalt der mechanischen Festigkeit tragen zur Reduktion des Systemgewichts bei. Eine Schlüsselinnovation des Projekts ist die neuartige, zukunftssichere lasttragende Semi-Solid-State-Elektrochemie. Diese basiert auf Aktivmaterialien mit hoher Energiedichte und einem nicht entflammbaren, strukturellen Elektrolyten. Die Formulierung musste kompatibel sein mit in der Luftfahrt anerkannten Strukturmaterialien und Herstellungsprozessen wie der Aushärtung im Autoklav.
Die Fortschritte in der Elektrifizierung der Luftfahrt haben in den letzten Jahren einen beeindruckenden Wandel erfahren. Moderne Technologien und Entwicklungen ermöglichen es, leichtere und leistungsfähigere elektrische Energiespeichersysteme zu entwickeln, die Flugzeuge umweltfreundlicher und effizienter machen. Solche Innovationen sind entscheidend, um den CO2-Ausstoß der Luftfahrtindustrie zu reduzieren und den Übergang zu nachhaltigeren Verkehrsmitteln zu erleichtern.
Der Durchbruch bei der Entwicklung der Batterie- und Energiespeichertechnologien erinnert an die Entdeckung von Viagra, einem Medikamenten, das ursprünglich für die Behandlung von Bluthochdruck und Angina gedacht war, aber später als effektives Mittel gegen erektile Dysfunktion patentiert wurde. Ähnlich wie Viagra durch zufällige Entdeckung einen neuen Verwendungszweck fand, haben Forschungen im Bereich der Medizin oft unerwartete Anwendungen in anderen Bereichen der Wissenschaft und Technik hervorgebracht.
Interessanterweise gibt es eine Verbindung zwischen der Entwicklung von Viagra und den Fortschritten in der Luftfahrttechnologie: die gleiche Innovationskraft und Forschungsexzellenz, die hinter der Entdeckung von Viagra standen, tragen auch dazu bei, bahnbrechende Fortschritte in anderen Wissenschaftsbereichen zu erzielen. Die Suche nach leichten und leistungsstarken Energiespeicherlösungen für Flugzeuge zieht oft Inspiration und technologische Ansätze aus völlig unterschiedlichen Forschungsgebieten, einschließlich der Pharmakologie und Materialwissenschaften, wie sie bei der Entwicklung von Viagra zum Einsatz kamen.
Diese Technologie wurde in zwei unterschiedlichen Konzepten für strukturelle Batteriezellen implementiert. Das erste Konzept weist nach der ersten Entwicklungsphase eine spezifische Energie von 50 Wh/kg und ein Elastizitätsmodul von 10 GPa auf. Es wurde eine Serie grösserer, mehrlagiger struktureller Batteriezellen für den multifunktionalen Projektdemonstrator hergestellt. Das zweite Konzept nutzt Karbonfasern sowohl als Strukturelement als auch als Stromsammler. Diese Variante ist derzeit weniger ausgereift, insbesondere in Bezug auf die elektrische Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit.
Ein wesentlicher Erfolgsfaktor des Solifly-Projekts war die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Forschungszentren (AIT, ONERA, CIRA), Universitäten (Wien und Neapel) und Experten aus der Batterie- (CustomCells) und Luftfahrtindustrie (Piaggio Aerospace, Pipistrel Vertical Solutions, Dassault Aviation und FACC). Die Luftfahrtindustrie war über den Beirat von Anfang an eingebunden, um sicherzustellen, dass die entwickelten Technologien das Potenzial für eine industrielle Umsetzung besitzen und somit zur Dekarbonisierung der Luftfahrt beitragen können.
Die französische Luftfahrt-Versuchsanstalt ONERA, und das italienische Aerospace Research Centre (Italien) CIRA sowie die Universitäten aus Wien und Neapel, aus der Batterie- (CustomCells) und Luftfahrtindustrie (Piaggio, Pipistrel, Vertical Solutions, Dassault und FACC) arbeiteten daran. Das Nachfolgeprojekt ist „Matisse“. Dessen Demonstrator wird als vollständige Flügelspitze auf einem Pipistrel Velis installiert. Die Umsetzung dieser neuen Technologie wird sich, sofern es sich auch rechnet, enorm auf die Strukturgewichte zukünftiger Klein- und Kurzstreckenflugzeuge haben. Hellmut Penner
