Kurzbeschreibung des Teilprojektes

• Entwicklung von Batteriesystemen für elektrische Flugantriebe

Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

Bislang basieren die meisten Batteriesysteme für mobile Anwendungen entweder auf der Lithium-Polymer-Technologie oder auf der Lithium-Ionen-Technologie. Diese Technologien erfüllen zwar ein breites Anforderungsspektrum (in den meisten Fällen gemäß den Anforderungen für automobile Anwendungen, also für volumetrische Kennzahlen), jedoch erfüllen sie nicht die hohen Leistungsanforderungen für Luftfahrtanwendungen (gravimetrische Kennzahlen).

Mit der Lithium-Schwefel-Technologie könnten diese Leistungsanforderungen grundsätzlich erfüllt werden. Damit ein entsprechendes Batteriesystem aber auch aus operationeller Sicht interessant wird, müssen deutliche Nachteile dieser Technologie beseitigt werden. Das bedeutet konkret, dass Lithium-Schwefel-Batterien bei geringstem Gewicht auf höchste Energiedichte, höchste Leistungsdichte und höchsten Wirkungsgrad ausgelegt werden müssen, und gleichzeitig auf hohe Zyklenfestigkeit, lange Lebensdauer und absolute Sicherheit.

Bisher wird in dieser Hinsicht ein zu geringer Entwicklungsaufwand betrieben. Darüber hinaus sollte die Entwicklung nicht auf Batterie-Zell- oder Batterie-System-Ebene beschränkt, sondern konsequent im Kontext des Gesamtflugzeuges vorangetrieben werden. Also unter Berücksichtigung des Flug-Missions-Profils, der Antriebs-System-Architektur und der Energie-Management-Strategie des Flugzeuges.

Das Teilprojekt verfolgt im Wesentlichen drei Ziele:
Erstens die Koordination des Gesamtvorhabens LiMeS. Zweitens die Spezifikation von Anforderungen an das Batteriesystem, das im Rahmen von LiMeS entwickelt werden soll. Drittens die Bewertung des resultierenden Batteriesystems im Vergleich zu den spezifizierten Anforderungen, also im direkten Bezug zum Gesamtflugzeug

Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Dabei werden drei wissenschaftliche bzw. technische Arbeitsziele anvisiert:
Erstens die Entwicklung von Batteriesystemen für elektrische Flugantriebe in unterschiedlichen Leistungsklassen (<500kW / <1MW / >1MW).
Zweitens die Erfüllung höchster Anforderungen an Energiedichte, Leistungsdichte, Wirkungsgrad, Zyklenfestigkeit, Lebensdauer und Sicherheit (bei angemessenem Lade-/Entladestrom).
Drittens eine Gewichtsreduktion von Energiespeichern für potentielle zukünftige Produkte in der kommerziellen Luftfahrt.

Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Aus wirtschaftlicher Sicht können die Ergebnisse von LiMeS bzw. ABseFa kurz- bis mittelfristig (2-3 Jahre nach Projektende) für Technologie-Demonstratoren (Bodendemonstratoren oder Flugdemonstratoren) und mittel- bis langfristig (2025 bis 2035) für potentielle zukünftige Produkte der kommerziellen Luftfahrt (Autonumous Commercial Drones, Urban Air Mobility, Regional/Short Range Aircraft) oder für Sekundäranwendungen (stationäre Energiespeicher für Off-Shore-Windkraftanlagen) verwendet werden.

Das Ergebnis des Gesamtvorhabens LiMeS würde die wissenschaftlich-technischen Grundlagen für ein Batteriesystem mit möglichst geringem Gewicht schaffen. Um sicherzustellen, dass diese Grundlagen später auch wirtschaftliche Relevanz haben werden, wird über das Teilvorhaben ABseFa von Beginn an ein direkter Bezug zu den Anforderungen des Gesamtflugzeugs hergestellt. Daher sind die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten des Projektes als sehr hoch einzustufen.

Das Teilprojekt ABseFa ist direkt in die Entwicklungsaktivitäten des Airbus E-Aircraft Systems Programms eingebunden. Insofern ist sichergestellt, dass sowohl die Spezifikation von Anforderungen an das Batteriesystem, das im Rahmen von LiMeS entwickelt werden soll, als auch die Bewertung des resultierenden Batteriesystems im Vergleich zu den spezifizierten Anforderungen, also im direkten Bezug zum Gesamtflugzeug, den bei Airbus üblichen Standards entsprechen wird.
Die eigentliche Entwicklung des Batteriesystems erfolgt in enger Abstimmung mit dem Partner-Konsortium des Gesamtvorhabens, das von Airbus koordiniert wird. Daher sind die wissenschaftlich-technischen Erfolgsaussichten des Projektes als sehr hoch einzustufen.

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.03.2019 bis 28.02.2022
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 1.938.645,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Das Verbundvorhaben LiMeS beschäftigt sich mit der Entwicklung einer leichten Lithium-Schwefel-Batterie für den Einsatz in der Luftfahrt. Dafür werden von den Verbundpartnern grundlegende Fragestellungen hinsichtlich der Lithium-Metall-Anode, der Schwefel-Kathode, des Elektrolytsystems und der Systemkonzeption betrachtet.

Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Das Verbundprojekt beschäftigt sich mit einer ganzheitlichen Betrachtung von Lithium-Schwefel-Batterien. So werden Anode, Kathode, Elektrolyt sowie das Gesamtsystem untersucht.
Für die Herstellung von sehr dünnen Lithium-Schichten auf (strukturierten) Substraten soll eine kontinuierliche, galvanische Abscheidung entwickelt und aufgebaut werden. Die Abscheidung von Lithium in beliebigen Schichtdicken ermöglicht eine genaue Balancierung der Anode hinsichtlich der Kapazität der eingesetzten Kathode. Damit werden Gewicht und Kosten eingespart und das Sicherheitsrisiko minimiert.

Dem gegenüber soll eine hochleistungsfähige Schwefel-Kathode entwickelt werden, welche vor allem durch eine angepasste Struktur hohe Ströme tolerieren und somit den Einsatz in der Luftfahrt ermöglichen soll. Durch den Einsatz komplexer Kohlenstoff-Schwefel-Strukturen werden technologische Herausforderungen überwunden. Gleichzeitig wird prozesstechnisch validiert, ob die gewählte Verfahrensroute wirtschaftlich aussichtsreich ist.

Das Elektrolytsystem spielt in der betrachteten Batterie hinsichtlich des Lithium-Metalls und des Schwefels eine entscheidende Rolle. So werden Konzepte mit flüssigen und festen Elektrolyten untersucht, um für die Anwendung das beste (Hybrid-)System herstellen zu können. Feste Elektrolytschichten auf dem Lithium in Kombination mit flüssigem Elektrolyt in der Kathodenschicht ermöglichen gänzlich neue Strukturkonzepte der Zelle, so entsteht ein gravimetrisch signifikanter Vorteil.

Ergänzt wird das Vorhaben durch die Betrachtung der Komponenten auf Systemebene, wodurch eine direkte Beurteilung der Auswirkung der Komponentenentwicklung auf die Systemleistungseigenschaften ermöglicht wird. Anhand von realen Systemen werden ermittelte Leistungsdaten mit modellierten abgeglichen, um für das Metall-Schwefel-System valide Voraussagen für den späteren Betrieb treffen zu können.

Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Durch die enge Zusammenarbeit mit den industriellen Partnern werden die anvisierten Entwicklungen stark gefördert. Deren Innovationskraft und wirtschaftliche Motivation wird die Entwicklungsrichtung der Forschungseinrichtungen klar definieren. Mit der Koordination durch Airbus können die Anforderungen an die Batterie eindeutig benannt und angepasst werden. Damit kann zum Abschluss des Projektes eine valide technologische Bilanz gezogen werden, mit welcher die Ergebnisse des Vorhabens bewertet und aussichtsreiche Pfade weitergeführt werden können. Damit wird das Projekt LiMeS einen wesentlichen Beitrag für die Qualifizierung von Batterietechnologien und deren Einsatz in der Luftfahrt leisten.

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Schwefel (nicht thermal)

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Industrie, undefiniert, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt

Teilprojektleiter

keine Angabe

Kontaktformular

Verbundprojektleiter

keine Angabe

Pressekontakt für Verbundprojekt

kein Pressekontakt