Leichtes Lithium-Metall-Schwefel-Batteriesystem auf Basis strukturierter Hybrid-Elektroden-Konzepte für Anwendungen in der Luftfahrt

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

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.

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.