Schwerpunkte

Karosserie als Energiespeicher

Chalmers University of Technology speichert Energie in CFK

19. Oktober 2018, 12:00 Uhr   |  Andreas Pfeffer

Chalmers University of Technology speichert Energie in CFK
© Yen Strandqvist

Forscher der Chalmers University of Technology arbeiten an Fahrzeugen, bei denen ein großer Teil der Karosserie aus strukturellen Lithium-Ionen-Batterien besteht.

Eine Studie der Chalmers University of Technology zeigt, dass Kohlefasern als Batterieelektroden arbeiten und Energie speichern können. Damit werden strukturelle Batterien möglich, die Kohlefasern als Teil des Energiesystems einsetzen und das Fahrzeuggewicht entsprechend reduzieren.

Das Fahrzeuggewicht hat entscheidenden Einfluss auf die Reichweite von Elektrofahrzeugen. Daher verfolgen viele Automobilhersteller unterschiedliche Leichtbaukonzepte – beispielsweise auch durch Einsatz von Kohlenstofffasern. Prof. Leif Asp der Chalmers University of Technology erforscht die zusätzlichen Fähigkeiten von Kohlenstofffasern. Aus Sicht der Universität kann das Material nicht nur zur Verstärkung eingesetzt werden, sondern auch Energie speichern – so wird die Karosserie zum Energiespeicher.

Eine Forschergruppe um Prof. Asp beschäftigte sich mit den Auswirkungen der Mikrostruktur von Kohlenstoffasern auf die elektrochemischen Eigenschaften. Ziel war es herauszufinden, ob Kohlefasern als Elektroden in einer Lithium-Ionen-Batterie eingesetzt werden können. Die Forscher untersuchten dabei verschiedene Arten von handelsüblichen Kohlenstofffasern und entdeckten folgende Zusammenhänge:

  • Kleine und schlecht ausgerichtete Kristalle bewirken gute elektrochemische Eigenschaften, allerdings eine geringere relative Steifigkeit.
  • Große und gut ausgerichtete Kristalle erzielen eine höhere Steifigkeit, wobei die elektrochemischen Eigenschaften für den Einsatz als Batterien nicht ausreichen.

Eine multifunktionale Kohlefaser weist demnach eine hohe Energiespeicherkapazität auf und gewährleistet eine ausreichende Steifigkeit. Aus Sicht von Prof. Asp stellt eine leichte Verringerung der Steifigkeit im Karosseriebereich kein Problem dar, da der Markt aktuell von teuren Kohlefaserverbundwerkstoffen dominiert wird, die auf den Flugzeug-Einsatz ausgelegt sind. In der Studie hatten die Kohlefasertypen mit guten elektrochemischen Eigenschaften eine etwas höhere Steifigkeit als Stahl.

Prof. Leif Asp mit Spule aus Kohlefasergarn
© Chalmers University of Technology

Prof. Leif Asp mit einer Spule aus Kohlefasergarn. Die Elektroden einer strukturellen Lithium-Ionen-Batterie bestehen aus Kohlefasergarn – angeordnet in einem Polymer-Gitter.

Der Schlüssel liegt aus Sicht der Universität in der Optimierung von Fahrzeugen auf Systemebene – basierend auf Gewicht, Festigkeit, Steifigkeit und elektrochemischen Eigenschaften. Strukturbatterien werden zwar nicht so effizient wie herkömmliche Batterien sein können, aber da sie auch eine strukturelle Tragfähigkeitsaufgabe übernehmen, ergeben sich Optimierungen auf Systemebene.

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