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 Nicht nur für die Medizintechnik – neue Methoden zur Silikonisierung von Oberflächen
12.04.2019 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Nano-Komposition: Neues Syntheseverfahren für Katalysator-Materialien
04.04.2019 | Technische Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Im Focus: Hybrid-Neuronen-Netzwerke mit 3D-Lithografie möglich

Netzwerken aus wenigen Neuronenzellen können gezielt künstliche dreidimensionale Strukturen vorgegeben werden. Sie werden dafür elektronisch verschaltet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Fehler in neuralen Netzwerken besser zu verstehen und technische Anwendungen mit lebenden Zellen gezielter zu steuern. Dies stellt ein Team aus Forschenden aus Greifswald und Hamburg in einer Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Biosystems“ vor.

Eine der zentralen Fragen der Lebenswissenschaften ist, die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Komplexe Abläufe im Gehirn ermöglichen uns, schnell Muster...

Im Focus: Was geschieht im Körper von ALS-Patienten?

Wissenschaftler der TU Dresden finden Wege, um das Absterben von Nervenzellen zu verringern und erforschen Therapieansätze zur Behandlung von ALS

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine unheilbare Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nicht selten verläuft ALS nach der Diagnose innerhalb...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

18.04.2019 | Verfahrenstechnologie

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics