Gewichtsreduzierte, effizientere Hybridautos
Neben einem kleineren, effizienteren Motor können für moderne Hybridautos auch leichtere Materialien verwendet werden, wodurch sich die Reichweite erhöht. Aufgrund der derzeit noch sehr sperrigen Batterien ist die Bedeutung der Hybridtechnologie jedoch bislang gering. Dünne Werkstoffe, die Teile der Karosserie ersetzen, können als Batterie dienen, was es Fahrern ermöglicht, längere Strecken zurückzulegen, bevor das Fahrzeug erneut aufgeladen werden muss. Im EU-finanzierten Projekt "Composite structural power storage for hybrid vehicles" (STORAGE) lag der Fokus auf der Entwicklung neuer multifunktionaler Werkstoffe, welche mechanische Lasten tragen und zugleich elektrische Energie speichern können. Diese könnten so bedeutende Einsparungen an Volumen und Masse der benötigten Einrichtungen sowie eine erhöhte Leistung ermöglichen, zum Beispiel eine verlängerte Lebensdauer. Der Schwerpunkt lag zunächst auf zwei Entwicklungsverfahren für die Bestandteile des Verbundwerkstoffs, nämlich der Verstärkung und Veredelung einerseits und dem Multifunktionsharz andererseits. Das Team konnte die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe verbessern, indem es Kohlenstoffnanoröhrchen auf der Oberfläche der Kohlefasern erstellte. Durch die Kohlenstoff-Aerogel-Beschichtung wurde die Oberfläche des Werkstoffs vergrößert und seine Energiespeicherkapazitäten dadurch erweitert. In Bezug auf das Multifunktionsharz fand die Matrixentwicklung auf Grundlage einer Mischung bereits bestehender Epoxidharze und flüssiger Elektrolyte statt. Anschließend wurden diese Bestandteile kombiniert, um Verbundwerkstoffe herzustellen. Es wurden vier multifunktionale strukturelle Energiespeichergeräte hergestellt: Kondensatoren, Batterien, Superkondensatoren und Hybridkondensatoren. Schließlich wurden verschiedene Verfahren zur Prüfung der elektrischen wie mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe angewandt. Die wichtigsten Fragen zu Konstruktion und Betrieb wurden behandelt; an erster Stelle stand die Ermittlung eines Konstruktionsansatzes für multifunktionale Kohlenstofffaserlaminate, und das Untersuchen der Art und Weise, auf die die Verbundwerkstoffe innerhalb der Fahrzeugstruktur angeordnet, integriert und verbunden sein müssen. Aus den Projektarbeiten gingen drei Demonstrationsmodelle hervor: ein kleinmaßstäbiges, funkgesteuerter Auto mit einem als Superkondensator fungierenden Dach, eine Luftkammerabdeckung mit Lithiumionenbatterien und eine Heckklappe mit Superkondensatorlaminaten (welche Gewichteinsparungen von 60 % ermöglichen). Obwohl das STORAGE-Projekt mechanische und elektrische Leistungen anstrebte, die mit bestehenden Verbundwerkstoffen bzw. elektrischen Geräten vergleichbar sind, bestand das eigentliche Ziel der Projektarbeit darin, eine Gewichtsreduzierung von 15 % vorweisen zu können. Diese revolutionären Entwicklungen werden einen Beitrag zur Förderung saubererer, effizienterer und wettbewerbsfähigerer Verkehrslösungen leisten.
Schlüsselbegriffe
Multifunktionaler Werkstoff, Verbundwerkstoff, mechanische Last, Energiespeichergerät, Hybridauto