Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
EEdeL
Entwicklung und Erprobung druckstabiler multifunktionaler Leichtbauwerkstoffe zur Verwendung in strukturtragenden Festkörperbatterien
Motivation
Die Elektrifizierung des Fliegens ist ein Meilenstein für eine umweltfreundliche Luftfahrt. Konventionelle Lithium-Ionen-Batterien stoßen mit ihren Energiedichten jedoch an Grenzen. Das Verbundvorhaben EEdeL setzt hier an: Durch den Einsatz innovativer sulfidischer Festkörperbatteriezellen lässt sich die spezifische Energie auf über 500 Wh/kg verdoppeln – ein Quantensprung für elektrische Fluganwendungen.
Feststoffbatterien benötigen für einen stabilen Betrieb jedoch eine externe Druckbeaufschlagung von über 5 MPa. Bisher genutzte mechanische Vorrichtungen aus Metall sind extrem schwer und kompensieren den Gewichtsvorteil der Zellen fast vollständig. Die Kernmotivation von EEdeL besteht darin, diesen Zielkonflikt zu lösen. Durch den Einsatz gewichtsoptimierter, CFK-basierter Verbundwerkstoffe wird eine vergleichsweise leichte Druckbeaufschlagung geschaffen.
Ziele und Vorgehen
Das primäre Gesamtziel des Projekts EEdeL ist die Konzeptionierung, Erprobung und Fertigung einer druckstabilen Leichtbau-Verbundstruktur zur effizienten Druckapplikation. Das Fraunhofer IWS übernimmt eine tragende Rolle und verantwortet die Entwicklung und Fertigung sulfidischer Festkörper-Prototypzellen auf Basis eigener, patentierter Zellkonzepte.
Weiterhin baut das Fraunhofer IWS uniaxiale und isostatische Labor-Druckprüfstände im Bereich von 1 bis 25 MPa auf. Mithilfe dieser Anlagen ermitteln die Forschenden die optimalen temperatur- und druckabhängigen Betriebsparameter der Zellen. Diese präzisen Kennwerte dienen als fundamentale Bemessungsgrundlage für die Auslegung der CFK-Struktur durch die Partner.
Im weiteren Verlauf fertigt das Fraunhofer IWS mehrlagige, energiedichte-optimierte Demozellen, um diese in den finalen Leichtbau-Demonstratoren elektrochemisch zu charakterisieren.
Innovation und Perspektiven
Die Innovation von EEdeL liegt in dem Zusammenschluss von Energiespeichern der nächsten Generation und fortschrittlichem Leichtbau.
Dadurch sollen sich neue Perspektiven ermöglichen: die Integration der Batteriezellen direkt in lasttragende CFK-Flugzeugstrukturen – sogenannte Strukturbatterien. Diese multifunktionalen Werkstoffe übernehmen mechanische Aufgaben der Flugzeugzelle und dienen simultan als Energiespeicher. Durch die finale Evaluierung des Zukunftspotenzials gemeinsam mit der Luftfahrtindustrie ebnet EEdeL den Weg für CO2-neutrale Antriebssysteme von morgen.