ElVis

Im LuFo-Vorhaben ElViS streben die HTWK Leipzig zusammen mit der TU Dresden und dem Fraunhofer IWS Dresden die Entwicklung und Erprobung multifunktionaler Verbundsysteme mit kombinierter struktureller Tragfunktion und elektrischer Energiespeicherung an.

Leichtbau und Energiespeicherung nehmen einen besonderen Stellenwert bei der Entwicklung elektrisch betriebener Luftfahrzeuge ein. Allerdings tragen Batteriesysteme nach dem heutigen Stand der Technik in erheblichem Maße zur bewegten Masse bei und verringern damit die erzielbare Reichweite bzw. die Transportkapazität. Insbesondere bei kleineren Luftfahrzeugen und Lufttrans­port­systemen (Hubschrauber, Drohnen) ist darüber hinaus die Gewichtsverteilung zu beachten, was mit schweren, kompakten Batterien zu bauraumbedingten Herausforderungen führt. Daher steht ein Durchbruch der elektrischen Systeme 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 spezifischen Energiedichte der einzelnen Speicherzellen und andererseits mittels gezielter Multifunktionalisierung der Verbund­strukturen bzw. -werkstoffe erfolgen. Beide Ansätze sind im Vorhaben ElViS auf einzig­artige Weise miteinander verbunden.

Ziel des Vorhabens ist es daher, generische Verbundstrukturen mit integrierter elektrischer Speicherfunktion zu entwickeln, experimentell zu analysieren und bezüglich ihrer Eignung für Luftfahrzeuge zu bewerten. Dafür werden bandförmige Composite-Halbzeuge (Tapes), mit mechanisch flexiblen Komponenten als Kathode und Anode konzipiert und hergestellt sowie deren Weiterverarbeitbarkeit zu leichten Verbundstrukturen untersucht. Zur Charakterisierung und Bewertung dieser Composite-Batterie-Tapes werden u.a. deren strukturelles Tragvermögen, deren Flächengewicht, das Energiespeichervermögen bzw. die erreichbare Energiedichte ermittelt und gegenübergestellt. Mit Hilfe kombinierter numerischer Optimierungsmethoden werden Parameterstudien für die unterschiedlichen Bauweisen durchgeführt, um eine gezielte Optimierung von Masse, mechanischen Eigenschaften, Energiespeichervermögen, Kosten, Lebensdauer etc. für die definierten Einsatzszenarien zu erreichen. Abschließend werden anhand luftfahrtspezifischer, industriell vorgegebener Anforderungen potenzielle Einsatzmöglichkeiten konzeptionell betrachtet. Mit den Ergebnissen von ElViS soll die Grundlage geschaffen werden, damit zukünftig selbstragende oder passend in bestehende Strukturen formschlüssig integrierbare Energiespeicher entwickelt werden können, sodass Bauteile mit geringer Tragfunktion oder gar tragende Strukturen von Luftkleinfahrzeugen wie Paketdrohnen direkt als Speicher verwendet werden können. Die Vision ist auf zusätzlichen Bauraum für Batterien gänzlich verzichten zu können.

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