Kohlenstofffasern machen Karosserie zum Akku
Vision schwedischer Wissenschaftler denkt CFK als Ausgangsmaterial für Fahrzeughüllen
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So sieht der Ladevorgang beim E-Auto der Zukunft aus (Foto: chalmers.se/en) |
Göteborg (pte003/19.10.2018/06:10) Ingenieure der Chalmers University of Technology http://chalmers.se/en haben eine zündende Idee, um elektrisch angetriebene Flugzeuge und Autos künftig möglichst leicht zu bauen, damit sich die Reichweiten erhöhen lässt. Die Karosserie beziehungsweise Außenhaut von Flugzeugen könnte gleichzeitig Strom speichern. Das klappt, wenn die Fahrzeughüllen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellt werden. Diese könnte, neben ihrer tragenden Rolle, nebenbei als Elektrode dienen.
Um 50 Prozent leichter
"Die Karosserie spielt dann nicht nur eine tragende Rolle. Sie würde zusätzlich als Batterie fungieren", sagt Forschungsleiter Leif Asp. Laut dem Materialforscher ließen sich Kohlenstofffasern auch nutzen, um mechanische Energie zu speichern, als Sensoren zu fungieren und sowohl Daten als auch Energie zu transportieren. "Würden all diese Funktionen von den Fahrzeug- und Flugzeughüllen übernommen, könnte das Gewicht um 50 Prozent sinken", so der Forscher.
Von der Stromspeichermöglichkeit haben die Wissenschaftler schon eine genauere Vorstellung. Die Kohlenstofffasern sollen als Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie dienen. Sie untersuchten hierzu kommerziell erhältliche Fasern und deren Mikrostruktur. Dabei fanden sie heraus, dass Fasern mit kleinen, eher ungeordneten Kristallen gute elektrochemische Eigenschaften haben. Allerdings fehlt ihnen die notwendige Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Belastungen. Bei Fasern mit großen geordneten Kristallen ist es genau umgekehrt.
CFK ist stabiler als Stahl
"Wir wissen jetzt, wie man Kohlenstofffasern herstellen kann, die beide Anforderungen erfüllen", so Asp. Geringe Einbußen bei der Festigkeit seien bei vielen Bauteilen eines Autos kein Problem. Im Übrigen seien die Bauteile aus Fasern mit guten elektrochemischen Eigenschaften noch ein wenig stabiler als Stahl. Die höher belastbaren Bauteile, etwa die für Flugzeuge, seien doppelt so stabil wie Stahl.
Dem Experten nach kommt es darauf an, Kohlenstofffasern zu entwickeln, die eine ausreichende Festigkeit haben und gleichzeitig leistungsfähige Stromspeicher ermöglichen. Sie würden allerdings nicht die Kapazität von normalen Lithium-Ionen-Batterien erreichen, weil immer Zugeständnisse gemacht werden müssten, um die notwendige Tragfähigkeit zu erreichen. Asp sieht darin aber auch einen Vorteil: Wegen der niedrigeren Kapazität sei die Brandgefahr bei mechanischen Zerstörungen geringer - vor allem dann, wenn keine flüssigen Elektrolyten verwendet würden.
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