Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

BAM untersucht Faserverbundstoffe für Energiespeicher

02.12.2013
Viele Batterien sind sperrig und schwer. Warum nicht ein vorhandenes Gehäuse, beispielsweise die Karosserie eines Autos als Energiespeicher nutzen?

Das dachten sich auch Forscher in Europa und haben sich zum EU-Projekt StorAGE zusammengeschlossen, um einen flexibel gestaltbaren Stromspeicher aus Faserverbundwerkstoffen zu entwickeln. Das Vorhaben ist nun nach dreieinhalb Jahren Laufzeit mit ersten Ergebnissen beendet worden.


Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Auszugsversuchs einer einzelnen Faser aus einem Matrixpolymertropfen. Foto: BAM


Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Auszugsversuchs einer einzelnen Faser aus einem Matrixpolymertropfen. Foto: BAM

So hat der Autohersteller Volvo ein Versuchsfahrzeug mit dem neuen Verbundwerkstoff ausgestattet. Das neue Material befindet sich in der Motorabdeckung und im Kofferraumdeckel und ergänzt die Autobatterie.

Beteiligt war an diesem Projekt von neun Forschungsinstituten und Industriepartnern - unter Leitung des Londoner Imperial College - auch die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. An der BAM wurden die mechanischen Versuche an den Energiespeichern durchgeführt. Zudem wurde die Entwicklung eines leitfähigen Epoxidharzes für Faserverbundwerkstoffe begleitet.

Und so funktioniert der neue Energiespeicher: In der Motorabdeckung oder dem Kofferraumdeckel aus Carbonfasern befinden sich Superkondensatoren. Superkondensatoren sind eine Weiterentwicklung herkömmlicher Kondensatoren, wie sie beispielsweise schon länger in Fotoblitzen benutzt werden. Sie sind sehr schnell aufladbar, langlebig und funktionieren auch bei minus 40 Grad Celsius.

Ein Carbonfaser-Verbundwerkstoff bildet die Elektroden. Beschichtet werden die Carbonfasern mit noch kleineren Fasern, so genannten Carbon-Nanotubes (CNT). Zusätzlich eingebrachte Lithiumatome erhöhen die Leitfähigkeit. Die CNT sind eine spezielle Form des Kohlenstoffs. Diese Röhrchen haben nur einen Durchmesser von wenigen Nanometern und Längen zwischen zwei und 50 Mikrometern.

CNT sind steifer und fester als Stahl, können den Strom fast perfekt leiten. Sie sollen die Festigkeit des bei Faserverbundwerkstoffen eingesetzten klebstoffartigen, zum Teil sogar flüssigen Matrix-Werkstoffes erhöhen. Die Untersuchungen der BAM zeigten allerdings, dass Verstärkungen mit CNT und einem damit verbundenen Anstieg der Elektrodenoberfläche noch zu keiner verbesserten Leistung führten.

Umschlossen wird der Verbund aus Carbonfasern und CNT von einem Polymerharz. Als Isolationsschicht zwischen den energiespeichernden Schichten werden Glasfasermatten verwendet. Die BAM koordinierte verschiedene Untersuchungen zur Selbstentladung, zum Elektrolytzerfall oder zur Stabilität des Materials.

Zum Einsatz kam unter anderem der an der BAM entwickelter Einzelfaserauszugsversuch („pull out test“), mit dem die Haftung einzelner Fasern zu dem sie umgebenden Material getestet wird. Faserverbundwerkstoffe enthalten viele Faserbündel, die jeweils mehrere Tausend Einzelfasern umfassen. Um aus diesem Gewebe stabile Werkstoffe zu machen, werden sie mit einem aushärtbaren Kunststoff, zum Beispiel Epoxidharz, getränkt.

Die beim Einzelfaserauszugsversuch untersuchten Fasern können sehr dünn sein. So ist eine Carbonfaser nur etwa fünf Mikrometer dick, also rund 20 mal dünner als ein menschliches Haar und mit dem Auge fast nicht zu erkennen. Die Faser wird in einen Matrixpolymertropfen eingebettet und auf der anderen Seite mit Klebstoff gehalten.

Ein Lichtmikroskop erlaubt die Verfolgung des Rissvorgangs während der Messung. Wie viel Kraft zwischen dem Kunststoff und der Faser übertragen wird, ist dann ein Maß für die Ankopplung. Für das Projekt war es wichtig sicherzustellen, dass die neuartigen leitfähigen Harzsysteme gut an den Fasern haften – und der Verbundwerkstoff somit stabil genug für den Einbau in ein Automobil ist.

„Generell funktioniert die Energiespeicherung“, sagt Gerhard Kalinka, Ingenieur an der BAM. Es sei vielversprechend. Aber man stehe noch am Anfang der Entwicklung. Denn nicht alle Fragen sind bereits abschließend geklärt worden. Zum Beispiel, wie sicher das System ist, wenn es zu Beschädigungen kommt. Beim Prototyp von Volvo kann die Autobatterie teilweise ersetzt werden, bis man allerdings ein komplettes Elektroauto auf diese Weise mit Energie versorgen kann, ist noch etliche Forschung notwendig.

Kalinka sieht aber vielversprechende Anwendungen auch bei Computern oder Handys. Dort könnte langfristig der herkömmliche Akku verschwinden und das Gehäuse den nötigen Strom liefern. Neben der Gewichtsersparnis wäre ein weiterer Vorteil von Super-Kondensatoren, dass das Aufladen in wenigen Minuten möglich sein würde.

Kontakt:
Dr.-Ing. Gerhard Kalinka
Abteilung 5 Werkstofftechnik
E-Mail: gerhard.kalinka@bam.de

Dr. Ulrike Rockland | idw
Weitere Informationen:
http://www.bam.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen
27.06.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter
23.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive