Diese Akkus sollen E-Flugzeuge massentauglich machen
Fliegen ist im Hinblick auf Klimaschutz ein Konfliktthema. Während die einen finden, man müsste grundsätzlich mit dem Fliegen aufhören, wollen viele nicht darauf verzichten. Die Zahlen sind aber recht deutlich: Mehrere Erhebungen zeigen, dass der Flugverkehr in den kommenden Jahren weiter ansteigen wird. Allein in Österreich stieg die Passagierzahl laut Statistik Austria zwischen 2023 und 2024 um über 5 Prozent.
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Ein großes europäisches Forschungsprojekt, geleitet vom AIT Austrian Institute of Technology, setzte sich nun mit dem Thema elektrisches Fliegen auseinander. Neue Batterien sollen elektrifizierte Passagierflugzeuge massentauglich machen.
Auswege und Lösungen
Bei Reduktion von Flugemissionen werden grob drei Ansätze verfolgt. So könnten etwa SAF-Treibstoffe (Sustainable Aviation Fuel), die mit herkömmlichen Verbrennungsantrieben funktionieren, beim CO2-Sparen helfen. Ein zweiter Ansatz sind Maschinen, die mit Wasserstoff und Brennstoffzellen fliegen.
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Schon jetzt gibt es aber auch solche, die batteriegetrieben fliegen. Allerdings hakt es bei Letzteren noch: Während in E-Autos meist Lithium-Ionen-Akkus stecken, haben diese für das energieintensivere Fliegen nicht die nötige Energiedichte. Deshalb kommt man mit solchen Flugzeugen derzeit noch nicht weit. „Es gibt bereits vollelektrische Leichtflugzeuge, etwa von der slowenischen Firma Pipistrel mit ungefähr einer Stunde Flugdauer“, erläutert der Projektkoordinator Helmut Kühnelt vom AIT. Für größere Flugzeuge reicht die Batterieleistung derzeit aber nicht.
Zudem ist die Zulassung von E-Flugzeugen hürdenreich, weil Lithium-Ionen-Akkus wegen ihres flüssigen Elektrolyts brennen können. Mit anderen Elektrolyten könnte man dieses Risiko minimieren. Das Projekt SOLIFLY entwickelte nun eine sogenannte „Semi-Solid-State-Batterie“, die nicht brennen und eine höhere Energiedichte besitzen soll. Flugzeuge könnten mit solchen Batterien weitere Distanzen zurücklegen.
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Fakten
Energiedichte
Sagt aus, wie viel Energie eine Batterie im Verhältnis zu ihrem Gewicht und Volumen speichern kann. Bei zwei gleich großen Batterien kann jene mit höherer Energiedichte länger Energie speichern und Strom liefern.
Semi-Solid-State-Batterien
Sind eine Vorstufe zu Feststoffbatterien. Derzeit ist nämlich die Leistungsfähigkeit von Festkörperelektrolyten noch nicht ausreichend. Semi-Solid ist aktuell ein Kompromiss mit geringerem Brandrisiko.
18 Tonnen
Gewicht konnte die entwickelte Batterienplatte bei einem Belastungstest aushalten, ohne sich dabei massiv zu verbiegen.
Als Teil von Flugzeugwand und Flügel
Auch ein weiteres Problem von E-Flugzeugen konnten die Forscher lösen: Das Eigengewicht der Akkus ist bei Flugzeugen ein Problem. Deshalb entwickelten sie Batterien, die in Form eines Bauteils direkt ins Flugzeug eingebaut werden können. Dazu wurden die Batteriezellen in hochfeste Carbon-Komposit-Bauteile integriert.
Die Batteriezellen werden in hochfeste Carbon-Komposit-Bauteile intergriert.
© ONERA
Denn diese Akkus sollen nicht Energie speichern, sondern gleichzeitig auch Krafteinwirkung aushalten. Das ist ihnen tatsächlich gelungen: „Wir haben eine feste und steife Strukturplatte entwickelt, die tragen und zugleich Energie speichern kann“, erklärt Kühnelt. „Wenn die Batterie so sicher ist, wie wir hoffen, wird man sie im Fahrgastraum in Böden, Wand, Decke, den Gepäckfächern und Sitzen integrieren können.“
Die Strukur der Batterie ist so, dass sie Gewicht tragen kann und Belastungen standhält.
© AIT
Noch ist die Technologie nicht so weit, dass man sie in Flugzeuge einbauen kann. Das Ziel ist aber, dass die Batterien in Zukunft tatsächlich in großen Maschinen wie einem Airbus integriert werden.
In einem Nachfolgeprojekt (MATISSE) arbeiten die Forscher nun weiter daran: 2025 wird ein Batterieteil erstmals in den Flügel eines Pipistrel-Flugzeugs eingebaut. Bis dahin verbessern sie die Elektrochemie und entwickeln zusätzlich weiche Sandwich-Bauteile mit den Batteriezellen. Außerdem werden die Flugzeug-Batterien mit Messsensoren ausgestattet, damit die multifunktionalen Bauteile die Flugzeugstruktur künftig sogar noch sicherer machen, indem sie diese dauerhaft überwachen.
Die Batterie wird kommendes Jahr erstmals in den Flügel einer Velis Electro von dem slowenischen Hersteller Pipistrel eingebaut.
© Pipistrel
Technologie-Mix für die Langstrecke
Kurzstrecken könnten dank der neuen Technologie künftig jedenfalls elektrisch bewältigt werden. „Kleinere Flugzeuge, wie sie etwa Heart Aerospace vorgeschlagen hat, könnten zumindest kurze Strecken von 200, 300 Kilometern vollelektrisch fliegen“, meint Kühnelt. Das entspricht der Strecke von Wien nach Prag.
„Bei größeren Flugzeugen werden wir wahrscheinlich nie vollelektrisch fliegen können, weil der Energiebedarf so massiv ist.“ Dort werde es einen Technologiemix benötigen. „Für Großraumflugzeuge und Langstrecken brauchen wir auch andere Antriebstechnologien“, erklärt der Projektkoordinator.
Allerdings werde man auch in diesen Flugzeugen neue Batterietechnologien finden. „Ob das jetzt Nebenverbraucher, wie zum Beispiel das Eisschutzsystem, die Avionik oder die Aktuatorik ist, die aktuell mit Luft oder mit Öldruck betrieben wird – all diese Systeme werden künftig elektrifiziert, weil es effizienter und leichter ist“.