Der lange Weg zu neuen Batteriezellen führt über gezielte Forschung. In Deutschland nimmt das Center for Electrochemical Energy Storage (CELEST) in Ulm jetzt eine führende Stellung ein.

Der Realität ein Stückchen näher

Batterieforschung auf höchstem Niveau

Am 27.3.2019 wurde in Ulm das Center for Electrochemical Energy Storage (CELEST) Ulm & Karlsruhe offiziell gestartet. Das Zentrum bezeichnet sich als größte deutsche Forschungsplatt- form in der elektrochemischen Ener- gieforschung. Am CELEST werden Forscher verschiedener Disziplinen hochleistungsfähige und umwelt- freundliche Energiespeicher entwi- ckeln. Gründer der Plattform sind das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Ulm und das Zen- trum für Sonnenenergie- und Wasser- stoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Die Labore des Helmholtz-Insti- tuts Ulm sowie das ZSW Labor für Batterietechnologie sind modernst ausgestattet. Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) wurde im Januar 2011 vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Mitglied der Helmholtz-Ge-

meinschaft in Kooperation mit der Uni- versität Ulm gegründet. Mit dem Deut- schen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie dem Zentrum für Sonnen- energie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind zwei weitere renommierte Einrichtungen als assoziierte Partner in das HIU einge- bunden. Das internationale Team aus rund 120 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern forscht im HIU an der Weiterentwicklung der Grundlagen von zukunftsfähigen Energiespeichern für den stationären und mobilen Einsatz. POLiS, Post Lithium Storage Das standortübergreifende Exzellenz- cluster Post Lithium Storage (POLiS) wird für zunächst sieben Jahre mit rund 50 Millionen Euro gefördert. CELEST bündeln 29 Institute und 45 Arbeits-

gruppen der Partnereinrichtungen ihre Kompetenzen – von der Grundlagen- forschung über die praxisnahe Entwick- lung bis zur Batterieproduktion. Mit den Forschungsfeldern „Lithium-Ionen- Technologie“, „Energiespeicherung jen- seits von Lithium“ sowie „Alternative Techniken zur elektrochemischen Ener- giespeicherung“ deckt CELEST rele- vante Forschungsthemen der elektro- chemischen Energiespeicherung ab. Anders als viele Batterien, die heute Laptops, Smartphones, Elektroautos und Flugzeuge antreiben, sollen diese künftigen Energiespeicher ohne die

endlichen Elemente Lithium und Kobalt auskommen. ZSW, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Würt- temberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, Bat- terien, Brennstoffzellen, regenerative Kraftstoffe sowie Energiesystem-ana- lyse. An den drei ZSW-Standorten Stutt- gart, Ulm und Widderstall sind 250

Am Raster-Elektonenmikroskop zur Untersuchung einer Metallstruktur

27.03.2019

Doktorand vom KIT untersucht die elektrochemischen Eigenschaften unterschiedlicher Materialien für neue Energiespeicher

Foto: H.Penner

Wissenschaftler, Ingenieure und Tech- niker beschäftigt. Hinzu kommen 90 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte. Das ZSW ist Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg (inn BW), einem Zusammenschluss von 13 außeruniversitären, wirtschafts- nahen Forschungsinstituten.

der Lithium-Sulfit-Zellen, so Oxis, sei sogar eine Energiedichte von bis 2500 Wh/kg möglich. Oxis- Zellen besitzen eine Entladungs- tiefe von 100% und bleiben bei Überladung sicher. Li-Ionen-Ak- kus können durch Tiefentladung beschädigt werden! Oxis liefert

seine Zellen auch an das Jet Pro- pulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, wo sie un- ter verschiedenen Bedingungen ausgewertet werden. Die Zellen werden auf ihre Energiedichte, Niedertemperaturleistung, Zyk- luslebensdauer, Selbstentladung und Kalenderlebensdauer unter- sucht. Airbus, Siemens, Daimler- Benz und Porsche in Deutsch- land sind bereits ebenfalls Kun- den. Eine enge Zusammenarbeit besteht mit dem Fraunhofer Insti- tut. Im Moment kann man bei den bescheidenen Fertigungskapazi- täten bis zur einer halben Million Zellen fertigen. Bis 2025 möchte man das auf 5 Millionen Zellen steigern. Zweifelsohne wird das auch andere Hersteller auf den Plan rufen, die an diesem lukrati- ven Wettbewerb mit teilhaben möchten.

Leistungs- und Qualitätsanforde- rungen erfüllt, um die Effizienz für zukünftige Elektroflugzeuge zu steigern.“ Oxis, schon länger in der Batterieforschung tätig, baut zurzeit in Brasilien mit dem dortigen Partner Codemig, eine Fertigungsanlage auf. Auf Basis

Über 50% leichter

Foto: Bye Aerospace

07.11.2019

Am 6. November 2019 beschlos- sen der britische Zellenhersteller Oxis Energy und der amerikani- sche Flugzeugbauer Bye Aero- space ein 12-monatiges Koopera- tionsprogramm, um die mit dem Flugzeugtyp eFlyer 2 demnächst die erweiterte Flugerprobung beginnen wollen. Es ist primär darin vorgesehen, von den bisher eingesetzten Zellen auf die Lithi- um-Schwefel-Zellen umzusteigen, die bereits über 500 Wh/kg und das bei einer Kapazität von 20 Amperestunden bieten. Huw Hampson-Jones, CEO von OXIS, sagte: „Wir glauben, dass diese Zusammenarbeit Bye Aerospace das Vertrauen geben wird, dass die Systeme von Oxis Li-S die Batterietechnologie liefern wer- den, die die anspruchsvollen

Oxis Energy und Bye Aerospace beschließen Kooperation

Als führende Forschungsorganisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa sind die Fraunhofer Institute Bindeglieder zwischen Forschung und Industrie. Sie entwerfen Produkte und verbessern Verfahren. Als jüngst die australische Monash Universität die Nachricht über demnächst verfügbare Lithium-Schwefel Batterien verbrei- tete, wurde man in Europa hellhörig. Angeblich sollten Autos damit Reich- weiten von 1000 Kilometer erreichen, was einer Vervierfachung herkömmli- cher Batterien bedeuten würde. Proto- typ-Zellen wurden zwar auch vom deutschen Forschungs- und Entwick- lungspartner Fraunhofer IWS in Dres- den hergestellt. Die Dresdner Forscher bestätigen auch das grundsätzliche Potenzial der Lithium-Schwefel-Tech- nologie, dämpfen aber die Hoffnung auf eine baldige Kommerzialisierung.

Die Technik sei sehr vielversprechend, befinde sich allerdings noch in der Entwicklung. „Erste Anwendungen werden dort gesehen, wo es um gerin- ges Gewicht geht, das gilt beispiels- weise in der Luftfahrt“, sagte der Lei- ter der Abteilung chemische Ober- flächen- und Batterietechnik am IWS, Holger Althues. Sein Team erforscht die Technik seit Jahren. Lithium- Schwefel-Zellen können bei gleichem Gewicht mehr Energie speichern als Lithium-Ionen-Akkus, sind dabei aller- dings größer. Der Vorteil der Lithium- Schwefel-Batterien sind die deutlich niedrigeren Kosten, auch das Gewicht ist geringer. In solchen Zellen besteht die Kathode aus einem Gemisch von Schwefel und Kohlenstoff und ersetzt die bisher vorherrschenden Kathoden aus Nickel, Mangan und Kobalt. „Das eröffnet das Potenzial für eine kosten-

günstige Zelle: Schwefel ist im Gegen- satz zu Nickel und Kobalt ein Abfall- produkt und weltweit verfügbar“, sagt Althues. Die Technologie hat sich aber noch nicht durchgesetzt, weil Proble- me mit der Stabilität der Kathode noch nicht gelöst waren. Beim Laden und Entladen dehnt sich diese deutlich stärker aus (bzw. zieht sich zusam- men), was zu feinen Rissen im Material und damit zu einem höheren Ver- schleiß führt. Das mit Dresden ver- netzte Stuttgarter Fraunhofer Institut IPA hat unter Federführung von Airbus und mit erhebliche Förderungsmitteln die Aufgabe übernommen, neben der Verbesserung der Kathode aus Schwe- fel und Kohlenstoff mit Hilfe neuer Ver- arbeitungsverfahren und der Erpro- bung von Hybridsystemen für den Elektrolyten – also der Mischung von Flüssig- und Fest-Elektrolyt –die Her- stellung der Lithium-Metall-Anode durch einen neuen, elektrochemischen Prozess zu übernehmen. Eines der Kernthemen des Projekts. Bisher werden Li-Metall-Anoden mit Hilfe von gewalzten Li-Folien herge- stellt. Diese können heute jedoch noch nicht viel dünner als 30 Mikrometer hergestellt werden, denn Lithiummetall neigt dazu, an anderen Oberflächen zu kleben. Deswegen muss eine gewisse Dicke für eine minimale mechanische Stabilität gegeben sein. Weil 30 Mikro- meter jedoch oft mehr sind, als die Zelle elektrochemisch benötigt, schleppen diese Zellen unnötiges Gewicht und damit unnötige Kosten mit. Um dies zu ändern, arbeitet die

Abteilung Galvanotechnik des Fraun- hofer IPA an einem elektrochemischen Prozess, mit dem beliebig starke Lithi- umschichten in einem Schritt auf Me- tallfolien aufgebracht werden können. Sowohl in Stuttgart als auch in Dres- den gibt man sich aber zurückhaltend. Frühestens 2022 werde man so weit sein, die bereits sehr seriennahen Er- gebnisse können dann als Prototypen an die Batterieforschungsfabrik in Münster übergeben werden. All dies zielt letztlich darauf, eine eigene Groß- produktion von Batteriezellen in der Bundesrepublik aufzubauen. 360 Wh/kg dann das Ziel bei deutlich über 1000 Ladezyklen. Davon ist Oxis in England noch meilenweit entfernt. Ihre Zellen schaffen gerade mal 75 Ladezy- klen.

Fraunhofer Institute in Dresden und Stuttgart treiben die Entwicklung den Li-S-Zellen massiv voran

Schichtdicken sind Problemzonen

Herstellung der Lithium-Batterie-Elektroden im Pilotmaßstab bei Fraunhofer Institut IWS in Dresden

Anode im Schmelzverfahren hergestellt

Macroaufnahmen: Trockenfilmverfahren

Fotos: Fraunhofer

Fotos: Fraunhofer IWS

21.01.2020

Höhere Dichte dank Silizium

Das niederländische Start-up Ley- denJar eröffnete eine Pilotanlage zur Herstellung von Batterien der neuen Generation, die bis zu 50 Prozent mehr Energie speichern. Mit der Pilotanlage, die Mitte 2020 voll in Betrieb genommen werden soll, will man demonstrieren, dass die neuen verbesserte Zellen zum gleichen Preis wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien hergestellt werden können. Die höhere Ener- giedichte des Energiespeichers ist auf die von der Firma LeydenJar

patentierte poröse Siliziumstruk- tur bei den Anoden zurückzufüh- ren. Das Projekt wurde von der Europäische Union zusammen und anderen Investoren mit vier Millionen Euro gefördert.

22.11.2019

Foto: LeydenJar

Forscher am KIT in Karlsruhe haben nach einem neuen Verfah- ren nachweisen können, wie man aus salzhaltigen Tiefengewässern im Oberrheingraben Lithiumionen aus dem Thermalwasser heraus- fil-tern kann und wie in einem zweiten Schritt Lithium als Salz ausgefällt werden kann. Das inzwischen patentierte, nach sei- nen Erfindern benannte Grimmer- Saravia-Verfahren soll nun in einer ersten Versuchsanlage umgesetzt werden, um daraus

Lithiumkarbonat bzw. Lithiumhy- droxid zu gewinnen. Wenn die Versuche erfolgreich sind, ist der Bau einer Grossanlage geplant. Möglich wäre dann eine Produk- tion von mehreren hundert Ton- nen Lithiumhydroxid pro Jahr pro Geothermie-Anlage. Nach aktuel- ler Datenlage belaufen sich die Potenziale im Oberrheingraben auf deutscher und französischer Seite auf mehrere tausend Tonnen an förderbarem Lithium pro Jahr.

03.07.2020

Deutsches-Lithium aus den Tiefen des Oberrheingraben

Weltweit treiben Hersteller die Entwick- lung von Brennstoffzellen voran. Ein neues deutsches Konjunkturprogramm soll besonders die Wasserstofftechno- logie für den gesamten mobilen Be- reich beschleunigen helfen. Bislang gibt es nur das viersitzige Flugzeug HY4 des DLR in dem Wasserstoff, die Brennstoffzellen zur Stromerzeugung betreibt. Weitaus häufiger sind Anwen- dungen inLKW’s, Bussen und andere Nutzfahrzeugen.

systeme etwas mehr als die Hälfte aus- machen. Es funktioniert bei mehr oder weniger jeder realen Temperatur von - 50 bis +50 °C und darüber hinaus. Und während es sich zu diesem Zeitpunkt noch im Labor befindet, geht das Team davon aus, dass diese Brennstoffzellen etwa 20.000 Stunden ohne Wartung halten werden - ein weiterer sehr wich- tiger Faktor für zukünftige kommerziel- len Betreiber. Der Entwicklungsplan sieht für dieses Jahr noch vor, 15- bis 20-kW-Prototy-

Start-up Unternehmen weckt Hoffnungen für leichte und preiswerte Brennstoffzellen

Darin sieht das junge Start-up-Unter- nehmen HyPoint in Kalifornien eine große Chance für bestimmte Bereiche in der Luftfahrt, denn sie haben den riesigen Markt der eVTOL’s im Visier, deren Flugdauer mit heutigen Lithium- Ionen-Batterien zu stark begrenzt ist. Ihre Entwicklung konzentriert sich auf ein turbo-luftgekühltes Brennstoffzel- len-Design mit extrem hoher Energie-

dichte. Um diese Fluggeräte wirtschaft- lich zu betreiben, müssen sie den gan- zen Tag für den Einsatz verfügbar sein. Lange Ladezeiten, wie etwa für Batte- rien an den Ladestationen, stellen da- bei keine Lösung dar. Die Energiedichte des Gesamtsystems liegt bei etwa 960 Wh/kg, wobei Lithi- umbatterien normalerweise nur 250 Wh/kg hergeben und andere luft- und flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellen-

Versuchsstacks im kalifornischen Labor von HyPoint

pen zu bauen. Dem dann bis 2022 ein volleinsetzbares System mit 150-200- kW folgen wird. Bei Grossserienferti- gung werden sich die Preise zwischen 100 und 500 $/kW einpendeln, während flüssigkeitsgekühlte Systeme zwischen 300 und 600 $/kW liegen. Ihr zusätzli- cher Nachteil, sie müssen noch das komplette Kühlsystem mitschleppen.

Foto: Eviation

Foto: HyPoint

05.06.2020

Zuerst eVTOL im Visier

Die Energiedichte von 960 Wh/kg schlägt bereits jedes Batteriesystem

100 $/kW als erreichbares Ziel

Foto: HiPoint

Versuchsmuster mit Wasserstofftank

HyPoint Brennstoffzellen-Stack

Drohne als Testmodul

Foto: HiPoint

Foto: HyPoint

haben „CryoFuselage“ in Kooperation mit der Universität Bayreuth hat das Entwicklungsziel kryogene Nieder- druck-Wasserstofftanks aus Faser- Kunststoff-Verbunden zu entwickeln und als strukturlasttragende Kompo- nente in die Flugzeug-Rumpfstruktur von elektrifizierten Flugzeugkonzepten zu integrieren. Im Rahmen der Quali- tätssicherung und Flugsicherheit sol- len die Tanks darüber hinaus durch die Einbettung von Sensoren die Prozess-, Schadens- und Füllstandsüberwahung für diese elektrifizierten Flugzeugkon- zepte ermöglichen. Die Motivation der Forschung ist die ef- fiziente Gestaltung der Speicherung von Wasserstoff und die funktionale Nutzung eines Wasserstofftanks inte- griert in die Struktur des Luftfahrzeugs. Ziel ist es, mittelfristig eine energieeffi- ziente und umwelt-schonendere An- triebsmethode bereit zu stellen. "Die Entwicklung von leichtbaugerech- ten Speichermöglichkeiten für Wasser- stoff leistet einen erheblichen Beitrag

zur klimaneutralen Mobilität und hilft die geforderten Klimaziele zu errei- chen“, erläutert Prof. Dickhut. Einen Wasserstofftank, der Strukturlas- ten des Flugzeugs aufnimmt und alle Kriterien der Dichtigkeit erfüllt, gibt es noch nicht. Anstatt 700 bar in einem herkömmlichen Wasserstofftank für Autos sollen im künftigen Wasser- stofftank für Flugzeuge nur rund 8 bar Druck herrschen. Dieser verminderte Druck wird durch Kühlen des Wasser- stoffs auf -253 Grad Celsius erreicht. Diese Tieftemperaturen stellen höchste Ansprüche an das Material und die Iso- lation des Tanks. Ziel ist es die richti- gen Materialien und Materialkombina- tionen zu finden und zu testen. Das Projekt läuft seit dem 01. Januar 2021 und ist für eine Dauer von zweiein- halb Jahren geplant. Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Lan- desentwicklung und Energie fördert das Projekt. Kooperationspartner ist der Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe an der Universität Bayreuth.

Entwicklung von Wasserstoff-Niederdrucktanks

Wie lässt sich Wasserstoff in Luftfahrzeugen effizient einsetzen? Um diese Frage zu beantworten, müssen alle Flugzeugkomponenten auf einen reinen Wasserstoffantrieb hin ausgerichtet und konzi- piert werden. Und daran forschen auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Universität der Bundeswehr München. Prof. Tobias Dickhut von der Professur für Verbundwerkstoffe und Tech- nische Mechanik am Institut Aeronautical Engineering arbeitet an der Entwicklung und Qualifikation von kryogenen Niederdruck-Wasserstofftanks aus Faser-Kunststoff-Verbunden. Das Verbundvor-

Bild: DLR

19.03.2021

Lithium-Schwefel-Zellen auf dem Vormarsch

Foto: Oxis

27.04.2021

chende Batteriesystemen Kunden und Partner für Tests zur Verfügung stellen. Oxis arbeitet bereits seit fast vier Jahren an der Entwicklung der Festkörper-Li-S- Technologie. Der technologische Durch- bruch dazu sei bereits vor drei Jahren gelungen. In Folge dessen habe Oxis neun neue Patentfamilien in diesem Bereich angemeldet. Dabei geht es offenbar um Festköper-Zellen und Quasi-Festkörper- Zellen. Die Quasi-Festkörper-Li-S-Zelle der ersten Generation mit einer Energiedichte von 450 Wh/kg bzw. 550 Wh/l soll ab dem Sommer 2022 ausgeliefert werden – bereits diesen Herbst sollen Proof-of-Concept-Zel- len an Kunden geliefert werden. Eine Erhö- hung der Energiedichte auf 550 Wh/kg bzw. 700 Wh/l wird für Herbst 2023 angestrebt. 2026 sollen 600 Wh/kg und 900 Wh/l er- reicht werden. Die Zell-Kapazität soll dabei zwischen 10 und 20 Ah liegen. Wie Oxis-CEO Huw Hampson-Jones mit- teilte, sind „Unsere Li-S-Zellen sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, da der Schwefel

für das Lithium wie ein Passivator wirkt“. Oxis hat die Mechanismen perfektioniert, um auf dem Weg zum Rollout der Techno- logie 2021/2022 bessere Werte bei Sicher- heit und Haltbarkeit zu erreichen.“ Die Vorprodukte für die Quasi- und Festkörper- zellen sollen in der walisischen Fabrik Port Talbot hergestellt werden. Die Zellen selbst sollen dann in Brasilien in großen Stück- zahlen montiert werden. Oxis betont, dass seine Batterien bis zu 60 Prozent leichter als NMC-Zellen seien und ohne Materialien wie Kobalt, Mangan, Nik- kel oder Kupfer auskommen. Anwendungs- fälle für seine Zellen sieht Oxis besonders in der Luftfahrt, maritimen Anwendungen, dem Verteidigungs-Sektor und in Heavy Electric Vehicles. Über die Anzahl der mög- lichen Ladewiederholungen schweigt sich Oxis aber noch aus. Den letzten Angaben zufolge lag man gerade bei 80 oder 100. Das stellt einen Breiteneisatz etwa bei Schul- oder später auch Zubringerflugzeu- gen noch zu sehr infrage. QauntumScape

mit Vorkaufsrechten eingekauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie große Hoff- nungen machen. Leider gibt es bis heute noch keine verlässlichen Angaben über deren Leistungsfähigkeit. tige Verbesserung der Reichweite bieten sollen, ohne die Langlebigkeit des Packs zu beeinträchtigen. Das selbst entwickelte Festelektrolytmaterial, das eine sichere und zuverlässige Zellleistung mit Elektro- den mit hoher Spannung und hoher Ener- giedichte ermöglichen soll, ist ebenso erfolgsversprechend wie die Ankündigun- gen von VW und BMW. So hat sich VW bei QauntumScape mit Vorkaufsrechten einge- kauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie große Hoffnungen machen. Leider gibt es bis heute noch keine verlässlichen Anga- ben über deren Leistungsfähigkeit.

Auf der Zielgeraden befindet sich der Lithi- um-Schwefel-Batteriespezialist Oxis Ener- gy. Das Unternehmen will ab Herbst dieses Jahres Festkörper-Li-S-Zellen und entspre-

Das Unternehmen Oxis Limted ist am 19.5.2021 in Insolvens gegangen. Mehr auf deren Website.

lionen Schweizer Franken getätigt. Die dort hergestellten Elektroden sollen erstmals auch in Richtung der Automobilbranche gehen, aber zusätzlich die Nachfrage be- stehender Kunden aus dem Non-Auto- motive-Bereich befriedigen. Battrion hat die „Aligned Graphite Techno- logie“ bereits patentieren lasse. Diese sorgt für eine verbesserte Mik-rostruktur auf der Anode. Das Verfahren soll die Lade- zeit im Vergleich zu Elektrofahrzeugen mit konventionellen Lithium-Ionen-Batterien deutlich reduzieren. Es besteht unter ande- rem auch eine enge Kooperative mit dem Bautechnologiekonzern Hilti, mit denen ein eigener Batteriezell-Prototyp kreiert wurde, der auf dieser neuartigen Technologie ba- siert. In Elektrogeräten wiesen sie laut dem Duo eine um bis zu 20 Prozent höhere Ent- ladeleistung auf als herkömmliche Zellen. Als weiteren Schritt kündigt Battrion Schritt an, seine Technologie tauglich zur Fertigung im GWh-Bereich machen zu wol- len. Dazu arbeite nach eigenen Angaben mit führenden Zellherstellern und OEMs in

verschiedenen Märkten an der Implemen- tierung der Technologie. Dr. Max Kory, Mitgründer und CEO von Bat- trion führte dazu aus: „Mit dem Betrieb der Anlage demonstrieren wir, wie diese Tech- nologie eingesetzt werden kann, um den CO2-Fußabdruck von Lithium-Ionen-Batte- rien zu reduzieren. Wir verfolgen dabei einen klaren Weg, um die Produktion der negativen Elektroden der Batterie bei stark reduziertem CO2-Ausstoß zu ermöglichen. Mit flockenförmigem Graphit lässt sich ca. 10.000 Tonnen CO2 pro GWh Batteriekapa- zität einsparen.“ Das ist in jedem Fall eine Ansage.

Neue Batterieelektroden aus der Schweiz

Das in Dübendorf ansässige Unternehmen Battrion, ein Batterie-Spinoff der ETH Zürich, hat eine Kleinserienfertigung für Batterieelektroden mit einer Kapazität von 20 MWh pro Jahr aufgebaut und dort nun auch die Produktion für erste Kunden aufgenommen. Battrion hat zum Aufbau der Produktion in Dübendorf eine Gesamtinvestition von drei Mil-

Foto: Battrion

27.04.2021

Rahmen ihres Joint Ventures Ultium Cells bauen GM und LG derzeit bereits ein Batte- riezellenwerk in Ohio, dessen Fertigstellung für 2022 erwartet wird. Anfang März hatte GM zudem Berichte bestätigt, dass der Kon- zern eine zweite Batteriezellfabrik in den USA plane.

Festelektrolyt-ist das die richtige Richtung?

Foto: Battrion

27.04.2021

tige Verbesserung der Reichweite bieten sollen, ohne die Langlebigkeit des Packs zu beeinträchtigen. Das selbst entwickelte Festelektrolytmaterial, das eine sichere und zuverlässige Zellleistung mit Elektro- den mit hoher Spannung und hoher Ener- giedichte ermöglichen soll, ist ebenso erfolgsversprechend wie die Ankündigun- gen von VW und BMW. So hat sich VW bei QauntumScape mit Vorkaufsrechten einge- kauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie große Hoffnungen machen. Leider gibt es bis heute noch keine verlässlichen Anga- ben über deren Leistungsfähigkeit. VW plant aber noch in diesem Jahr eine ei- gene Pilotanlage in Deutschland zu bauen und will diese später zu einer Gigafabrik ausbauen, um sich von den großen Zellen- herstellern unabhängig zu machen. Ähn- lich denkt man auch bei BMW, die mit Hyundai und Ford sich an dem Unterneh- men Solid Power beteiligt haben. Nun hat aber auch General Motors durch eine 139 Millionen US-Dollar schwere Investitions- runde in den Festkörperbatterie-Spezialis- ten SolidEnergy Systems (SES) beschleu- nigt. Im März hatte der US-amerikanische Autokonzern bereits eine Entwicklungsver- einbarung mit SES geschlossen. SES ist

Einen ganz anderen Weg verfolgt ein neu- gegründetes Unternehmen in den USA. Dies amerikanische Factorial Energy hat eine 40-Ah-Zelle mit Festelektrolyt ange- kündigt, die E-Autos zu einer um 20 bis 50 Prozent erhöhten Reichweite verhelfen soll. Zu dem Führungsteam und den Inves- toren des bisher unbekannten Unterneh- mens gehören einige in der Branche be- kannte Namen. Bei dem Zellentyp soll es sich dabei um einen speziellen Polymer- Separator handeln. Derzeit würden die Zellen auf eine gravimetrische Energie- dichte von 350 Wh/kg und eine volumetri- sche Energiedichte von 770 Wh/l kommen. Ziel seien 400 Wh/kg und 1000 Wh/l. Nach 460 Zyklen soll die Kapazität unter 80 Pro- zent fallen, die Zellen sollen mit 1C gela- den werden können. Das Material, bei dem man einen Durch- bruch erreicht habe, sei sicherer als her- kömmliche Lithium-Ionen-Technologie und ersetzt den brennbaren flüssigen Elektroly- ten durch einen sichereren, stabileren Festkörperelektrolyten, der die Bildung von Lithiumdendriten auf Lithium-Metall- Anoden unterdrückt. Als einzige Zahl wird genannt, dass auf „Factorial Electrolyte System Technology“ (FEST) basierende Batterieplattformen eine 20 bis 50 prozen-

ein in Singapur ansässiges Spin-off des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Neben General Motors gehören zu den Geldgebern der gerade abgeschlosse- nen Finanzierungsrunde auch bestehende Investoren wie SK, Temasek, Applied Ven- tures LLC, Shanghai Auto und Vertex. SES will mit diesen neuen Mitteln die Technolo- gieentwicklung und die Kommerzialisie- rung seiner Feststoffbatterien auf Lithium- Metall-Basis beschleunigen. Schon 2016 hatte SES eine Lithium-Metall- Akkutechnologie angekündigt, bei der die Anode durch eine extrem dünne Lithiumfo- lie ersetzt wird, wodurch die Energiedichte auf bis zu 500 Wh/kg deutlich vergrößert werden könnte. General Motors zeigt sich an der Technologie stark interessiert. SES plant die nächste Generation seiner Ultium- Batterien als Feststoffakku. Das heißt, dass man mit Lithium-Metall-Anode arbeiten wird. GM und SES planen bereits, in Woburn im US-Bundesstaat Massachusetts bis 2023 eine Prototyp-Produktionslinie für die Zellen aufzubauen. Bis Mitte des Jahr- zehnts wollen die beiden Partner die Kos- ten um bis zu 60 Prozent senken. Das tönt nach Hoffnung. Für die aktuelle Generation der Ultium-Zellen arbeitet GM bekanntlich mit LG Energy Systems zusammen. Im

Batteriezell-Produktion bei VW

Oxis Energy Limited ist am 19.5.2021 in Insolvenz gegangen!

teme und Spezialist für Kabinen-Ausrüs- tungen. „Die Brennstoffzelle produziert Strom aus Wasserstoff und stellt damit die energeti- sche Grundlage des Propellerantriebes si- cher. Lithium-Ionen-Batterien liefern wäh- rend des Starts oder Steigfluges zusätzli- che Leistung, die benötigt wird, um die Rei- seflughöhe zu erreichen“, sagt Dr. Caroline Willich, Wissenschaftlerin vom Institut für Energiewandlung und -speicherung der Uni Ulm. Die Ingenieurin leitet gemeinsam mit ihrer Institutskollegin Dr. Christiane Bauer die Ulmer Teilprojekte. An der Uni soll unter anderem das Luftversorgungs- modul für die Brennstoffzellen entwickelt werden. „Die Brennstoffzellen, die hier zum Einsatz kommen, werden mit Druckluft be- trieben. Die Druck-Aufladung macht die Brennstoffzellen effizienter und ermöglicht höhere Leistungen. Dies ist besonders in Flugzeugen von großem Interesse, denn diese bewegen sich in großer Höhe und damit im Unterdruckbereich“, erläutert Wil- lich. Diehl Aerospace stellt dafür eine sogenann te Integrierte Modulare Avionik (IMA) zur Verfügung. Die Abkürzung bezeichnet eine modulare rechnergestützte Elektronikein- heit aus standardisierten Komponenten und Schnittstellen, die im Flugzeug dafür sorgt, dass die verschiedenen Systeme miteinander kommunizieren können. Das Institut für Technische Thermodynamik am DLR kümmert sich speziell um die Entwick-

lung des Brennstoffzellen- und Batteriesys- tems. Nach Ansicht der Uni ulm geht es letztend- lich um den Aufbau einer Gesamtsystem- kompetenz für Brennstoffzellen-Batterie- Hybride, die dazu beitragen wird, den Technologiestandort Deutschland zu stär- ken und neue Arbeitsplätze zu schaffen. Das Leistungsmanagementsystem, das ebenfalls an der Uni Ulm entwickelt wird, soll dabei in der Lage sein, auf die Anforde- rungen unterschiedlicher Flugprofile prä- zise und anwendungsnah zu reagieren. Ein ganz besonderes Alleinstellungsmerkmal am Brennstoffzellen-Forschungsstandort Ulm ist ein Teststand, der in eine klimati- sierte Unterdruckkammer integriert ist. So können ganze Antriebsstrangsysteme unter realistischen, flugrelevanten Bedingungen charakterisiert und getestet werden. MTU Aero Engines, führender deutscher Triebwerkhersteller, arbeitet an der Gesam- tintegration des Entwicklungskonzepts für Flugzeuge aus der Klasse der 19 bis 80 Sit- zer. Als Technologieträger ist zunächst eine Dornier Do-228. Die DLR-Ausgründung H2Fly widmet sich im Rahmen von EnaBle insbesondere der Klärung sicherheitstech- nischer Anforderungen und Fragen der Zulassung. H2fly betreibt derzeit am Flug- hafen das einzige in Deutschland wasser- stoffbetriebene Flugzeug HY4 auf Basis eines doppelrümpfigen Flugzeugs von Pipistrel.

Leistungsfähigere Hybridantriebsssysteme für zukünftige Verkehrsflugzeuge

Ein skalierbares Antriebsmodul für Flugzeuge ab 250 kW wird jetzt vom Bundesministeri- um für Wirtschaft und Energie mit 8 Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind die Firmen Diehl Aerospace und MTU Aero Engines, die DLR-Ausgründung H2FLY und die Universi- tät Ulm. Diehl Aerospace obliegt im Forschungsverbund EnaBle die Leitung des Projekts. Ziel ist ein hochinnovatives Hybridantriebssystems für den Flugverkehr, das Brennstoff- zellen und Batteriesysteme vereint. „Wir arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines hybridelektrischen Antriebs beste- hend aus Brennstoffzelle, Batterie, Leistungselektronik und Power Management System. Das konkrete Ziel, das wir dabei erreichen wollen, ist die zeitnahe industrielle Umsetzung für leichte Motorflugzeuge mit bis zu 19 Sitzen“, erklärt Ronny A. Knepple. Der Ingenieur verantwortet den Bereich Energiesysteme bei der Diehl Aerospace. Das Unternehmen, das den Forschungsverbund EnaBle koordiniert, ist Technologieführer für Avionik-Sys-

Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm

Brennstoffzelle in der klimatisierten Unterdruckkammer bei der Testvorbereitung. Dr. Christiane Bauer (links) und Dr. Caroline Willich beim Aufbau.

27.04.2021

Forscher entwickeln 560 kWh/kg-Zelle in Ulm

In Ulm, einem der dort größten europäischen Batterieforschungszentren wurden bahn- brechende Entwicklungen am dortigen Helmholtz-Institut Ulm (HIU) in die Wege geleitet. Das dortige HIU wurde 2011 aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Mit- glied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet. Um die 130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen dort die Grundlagen für zukunftsfähige Energiespeicher. Neue Wege zu gehen oder Bestehendes zu verbessern, ist erklärtes Ziel der Forscherinnen und Forscher.

Foto: HIU

17.08.2021

Standard sind bei heutige Batterie-Zellen Leistungsdichten von 250 Wh/kg. Als Al- ternative bieten sich Lithium-Metall-Batte- rien an: Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus, das heißt, sie speichern viel Energie pro Masse bzw. Volumen. Doch ihre Stabilität stellt eine Herausforderung dar – weil die Elektroden materialien mit gewöhnlichen Elektrolyt- systemen reagieren. Eine Lösung haben nun Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und am Helmholtz-Institut Ulm – Elektro- chemische Energiespeicherung (HIU) ge- funden. Wie sie im englischsprachigen Magazins Joule berichteten, setzten sie

eine vielversprechende neue Material- kombination ein. Sie verwenden eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkatho- de (NCM88). Diese bietet eine hohe En- ergiedichte, denn mit dem üblicherwei- se verwendeten kommerziell erhältlich- en organischen Elektrolyten (LP30) lässt die Stabilität allerdings stark zu wünsch- en übrig. Die Speicherkapazität würde mit steigender Zahl der Ladezyklen sin- ken. Die Forschenden in Ulm verwende- ten daher stattdessen einen schwer- flüchtigen, nicht entflammbaren ioni- schen Flüssigelektrolyten mit zwei Anio- nen (ILE). „Mithilfe des ILE lassen sich die Strukturveränderungen an der nickel- reichen Kathode wesentlich eindämmen“, berichtet Dr. Guk-Tae Kim von der For- schungsgruppe Elektrochemie der Bat-

terien am HIU. Die Ergebnisse: Die Lithium-Metall-Batterie erreicht mit der Kathode NCM88 und dem Elektrolyten ILE eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm und das über 1 000 Ladezyklen. Dabei bleibt die Kapazität zu 88 Prozent erhalten. Die nickelreiche Kathode erlaubt, viel En- ergie pro Masse zu speichern, der ionische Flüssigelektrolyt sorgt dafür, dass die Ka- pazität über viele Ladezyklen weitestgeh- end erhalten bleibt. Die mit modernsten Forschungseinrichtungen ausgestattete Forschungsstelle weist aber ausdrücklich darauf hin, dass die Lithium-Metall-Zellen noch nicht serienreif sind. Nach Auskunft der Wissenschaftler könnten die in Ulm entwickelten Zellen auf den Standard-Pro- duktionslinien über die die Industrie nicht nur in Deutschland, sondern inzwischen weltweit verfügt, die Lithium-Metall-Zellen hergestellt werden. Bei entsprechendem Interesse seitens der Industrie solche Zel- len zu produzieren, könnte die Produktion

Höhere Leistung durch Materialmix

Serienreife in zwei bis vier Jahren

TU-München

Testanlage an der Uni München

in zwei bis vier Jahren beginnen. Die Ein- satzmöglichkeiten sind vielfältig. Dies besonders im Luftfahrtbereich, weil die Kapazität von Lithium-Metall-Zellen heutige Leistungsdichten mehr als das Doppelte übertrifft. Der Verzicht auf teures Kobalt und die Ver- wendung eines nicht so leicht entflammba- ren Elektrolyts sind weitere Aspekte für die Serienreifmachung für Lithium-Metall-Bat- terie auf Basis der nickelreichen Kathoden. Zellenhersteller werden abwägen, in wel- che neuen Technologien sie in kommen- den Jahren investieren. Aus deutschen Forschungskreisen ist gleichfalls zu hören, dass auch an der Magnesium-Batterie, ebenfalls in Ulm, geforscht wird. Und an #der deutschen Batterie-Forschungsfabrik in Münster sieht Professor Dr. Martin Win- ter, Leiter des Forschungszentrums MEET in erster Linie ebenso wie seine Kollegen in Ulm die schnelle Umsetzung der For- schungsergebnisse als größtes Hindernis. Die Forschungsfabrik, die aber ganz Deut- schland dienen soll, biete aber nun die Vor- aussetzungen für in Großserie gefertigte Batteriezellen „Made in Germany“.

Schafft die Festkörperzelle den Durchbruch?

Mehrere Unternehmen und For- schungsanstalten kündigen an, dass ihre Entwicklungen auf dem Sektor der Feststoffbatterien kurz vor der Serienreife stünden. Da ihre Separa- toren nicht mehr aus Elektrolyten, sondern aus Keramiken bestehen, seien sie unbrennbar, was nur die halbe Wahrheit ist, denn die Lithium- Anteile in der Batterie lassen sich nach wie vor entzünden. Solid Power aus dem US-Bundesstaat Colorado und Quantumscape aus San José in Kalifornien, die von BMW und VW sowie Letztere auch von Bill Gates

mit Millionen Dollar unterstützt werden, liefern sich unter den ganz großen Playern harte Presseduelle. VW ist sogar zu einem Drittel Anteilseigner von Quantumscape. So soll sich ein Akku in nur 15 Minuten auf 80 Prozent seiner Ladeleistung aufladen lassen, und selbst bei einer Temperatur unter 30 Grad Celsius soll der in seiner dop- pelt so starken Energiedichte (bis 500 Wh/kg) noch ohne große Leistungseinbußen funk- tionieren.

Foto: DLR

Foto: Messe-Friedrichshafen

Foto: Airbus

Schweizer Batterien mit Pfiff

Foto: MagniX

27.04.2021

ebene. André Borschberg, Executive Chair- man von H55, kommentierte die Partner- schaft wie folgt: „Wir sind von der Vision von Harbor Air und MagniX, dem Pionier- geist und dem Engagement für eine sau- bere Luftfahrt angezogen worden. Die Zu- sammenarbeit wird unsere Synergien und Komplementaritäten nutzen. Wir alle ver- stehen, dass der Weg zur elektrischen Luft- fahrt kompliziert ist. Gleichzeitig wird un-

sere kombinierte Erfahrung durch die Bün- delung der Kräfte zu einer schnelleren Zer- tifizierung führen. Dies wiederum bietet eine schnelle und sichere Möglichkeit, den Markt zu erreichen und die elektrische Luft fahrt bekannt zu machen.“ H55 ging aus dem ersten Schweizer Elek- troflugprojekt hervor, das mit einem Sie- mens-Elektromotor 2017 als aEro1 (E- Version der deutschen Silence) mit einem schon sei-

Die drei Partner, Harbour Air in Vancouver- ver/Kanada, MagniX in den USA und H55 aus der Schweiz schmiedeten ein strategi- sches Bündnis, das 2019 begonnene Pro- jekt zur Umrüstung von den DeHavilland Beavers auf elektrische Antriebsstränge mit höherer Effizienz fortzusetzen. Ziel ist es, die bereits zahlreich durchgeführten Flugversuche, die mit den kompletten Antriebssträngen von Magnix geliefert wur- den, nun mit einem verbesserten Batterie- system von H55 auszustatten und die Wasserflugzeuge von Harbor Air in eine vollelektrische kommerzielle Flotte nach der Zertifizierung umzurüsten. H55 und die Ausgründung von Solar Impul- se wird seine bewährte modulare Batterie- technologie bereitstellen, um das Verhält- nis von Gleichgewicht zu Gewicht und Aus- dauer des eBeavers zu verbessern. Die Batteriemodule des Unternehmens haben eine der höchsten Energiedichten auf dem Markt und bieten dem eBeaver das gesam- te Energiespeichersystem und eine redun- dante Batterieüberwachung auf Zellen-

nerzeit sehr fortschrittlichen Batterie- Management-System (BMS) von sich reden machte. H55 erfuhr durch André Borschberg, der mit dem Solar Impulse die Welt umrundete, eine zusätzlich treibende Kraft. Das Unternehmen hat sich in einem Forschungs-Camp in Sion/Wallis etabliert, wo es sich auf komplette elektrische Antriebsstränge spezialisiert hat und diese auch für andere Hersteller anbietet. Die Weiter- führung der frühen Erfahrungen führ- ten inzwischen auch zur Elektrifizie- rung des Motorflugzeugs Bristell B23. Die drei international tätigen Partner sind nun bemüht, das eBeaver-Pro- gramm durch gemeinsame Anstren- gungen zu einer sauberen, effizienten und leisen kommerziellen Luftfahrt schneller durch die Zertifizierung schon im kommenden Jahr ans Ziel zu steuern.

Solid Power könnte seine Festkörperzellen 2026 in Serie gehen lassen

Foto: Solid Power

08.06.2022

terien. Weltweit arbeiten mehrere Unterneh- men daran. Großer Bedarf besteht besonders im Luft- und Raumfahrtbereich. Die All-Solid-State-Batterien von Solid Power entfernen die brennbare flüssige Elektrolyt- und Polymertrennschicht in einer herkömmli- chen Lithium-Ionen-Batterie und ersetzen sie durch eine feste Schicht. Diese dünne, feste Schicht wirkt als Barriere, um zu verhindern, dass Anode und Kathode einander berühren, was die Batterie kurzschließen würde. Es wirkt auch als Leitelektrolyt. Der sulfidbasierte Festelektrolyt von Solid Power ist der Haupt- bestandteil der All-Solid-State-Batterieplatt- form-technologie von Solid Power. Die Elek- trolyte von Solid Power bieten die beste Kom- bination aus Leitfähigkeit (die Fähigkeit, Ionen schnell hin und her zu bewegen), Herstell- barkeit und Leistung auf Zellebene.

Festkörperzellen vom amerikanischen Her- steller Solid Power könnten ab 2026 in Groß- serienproduktion gehen. Jetzt ist bereits eine Pilotanlage in Betrieb, die vollautomatisiert Festelektrolytmaterial auf Sulfidbasis (Schwe- fel) verarbeitet. In Kombination mit einer Sili- zium-Anode und festen Elektrolyten will man auf 390 Wh/kg kommen. Als Ersatz der Sili- zium-Anode könnte auch eine Lithium-Metall- Anode verbaut werden, die auf eine Energie- dichte von 440 Wh/kg käme. OEM-Partner sind bereits Ford und BMW, die sich auch in den ersten Finanzierungsrunden beteiligt haben. Die jetzige Pilotanlage soll jährlich 15000 Zellen produzieren können. Das amerikanische Unternehmen hat gegenwärtig 20 Ah- Muster in Erprobung. Man hoffe aber auf eine Optimierung zwischen 60 und 100 Ah. Solid Power forscht nicht als einziger Batteriespezialist an den Festkörper-Bat-

Foto: Solid Power

EASA anerkennt Schweizer H55 als ersten Hersteller eines 100 kW Antriebssystems

H55 aus der Schweiz, ist das erste Unternehmen, das die Zertifizierung der Entwicklungs- und Produktionsorganisation für elektrische Antriebssysteme erhalten hat. Er handelt sich da um einen äußerst kritischen Meilenstein zur Zertifizierung eines vollständigen elektrischen Antriebssystems.

Foto: H55

André Borschberg, CEO der Schweizer Firma H55 vor der Bristell B23 Energic

23.06.2022

H55 hat von der European Union Aviation Safety Agency (EASA) die Design Organi- zation Approval (DOA) erhalten. Dies folgt auf die Erteilung der Produktionsbetriebs- genehmigung (POA) des Unternehmens durch das Schweizerische Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL) im Januar dieses Jah- res. Mit dem gesicherten DOA und POA ist das Unternehmen gut positioniert, um sein Musterzertifikat für sein elektrisches 100- kW-Antriebssystem (EPS) für CS23-Flug- zeuge zu erhalten, das für Ende 2023 vorgesehen ist.

Nach der Ankündigung, dass H55 von Pratt und Whitney Canada für ein Groß- projekt in der Hybrid-Elektroluftfahrt aus- gewählt wurde, kommt das Unternehmen mit seiner Roadmap für die technologi- sche Entwicklung gut voran und beweist sich erneut als Schlüsselfaktor in der Elektroluftfahrt. Der Erhalt des DOA und des POA wird es H55 ermöglichen, sein elektrisches Antriebssystem innerhalb eines definierten Zertifizierungsrahmens zu entwerfen, und es dem Unternehmen ermöglichen, dieses System in Serie zu

produzieren, wobei die Luftfahrtvorschrif- ten und Produktionsanforderungen erfüllt werden. H55 ist das einzige Unternehmen, das den Motor und die Batterien gemein- sam im Rahmen eines Type Certificate (TC) zertifizieren möchte. Das erste EPS-Typenzertifikat von H55 hat bereits die formelle Akzeptanz seiner Zerti- fizierungsbasis bei der EASA sicherge- stellt, und formelle Validierungen mit an- deren Behörden wie der US Federal Avi- ation Administration und Transport Ca- nada Civil Aviation sind im Gange. Andre Borschberg, Mitbegründer und Vor- standsvorsitzender von H55, kommentier- te diesen wichtigen Meilenstein wie folgt: „Mit 19 Jahren Erfahrung in der Entwick- lung von vier fliegenden Elektroflugzeu- gen und einem hochqualifizierten und talentierten Team fordert uns die Branche zunehmend, nicht nur als Elektroflugzeug Ausrüstungslieferant, sondern auch für unsere Kompetenz und unser Know-how bei der Integration elektrischer Antriebs- systeme in Flugzeugen. Der Erhalt sowohl unseres DOA als auch unseres POA ist eine weitere Bestätigung dafür, dass unse- re Technologie und Erfolgsbilanz sowohl von der Industrie als auch von den Auf- sichtsbehörden anerkannt wird. Als Teil unserer Strategie bei der Gründung des Unternehmens hat H55 die Zertifizierung als Mittel zur Förderung von Innovationen angenommen, und dieser Ansatz hat sich eindeutig ausgezahlt.“ H55 ist momentan das erste und einzige Unternehmen, das Musterzertifikate für elektrische Antriebssysteme als Teil sei-

nes Entwicklungsorganisationsbereichs besitzt. DO, PO und TC müssen strenge Anforderungen sowohl an die elektrische Antriebseinheit (EPU), die elektrische En- ergie in Strom umwandelt, als auch an das Energiespeichersystem (ESS), das elektri- sche Energie speichert und an die EPU liefert, erfüllen. H55 hat den Zertifizieungs- behörden erfolgreich gezeigt, dass seine internen DO-Fähigkeiten für den Entwurf, die Entwicklung, die Flugerprobung und die Produktion elektrischer Antriebssys- teme einschließlich wichtiger technologi- scher Komponenten wie Batterien, kom- plexer mechanischer Baugruppen, Soft- ware und luftgestützter elektronischer Hardware anwendbar sind. Darüber hinaus hat H55 mit vier entwickel- ten und geflogenen Flugzeugen bereits bewiesen, dass seine Systeme sicher und zuverlässig sind. Das TC wird es H55 er- möglichen, weiterhin seine elektrischen Antriebslösungen anzubieten, die für eine Reihe bestehender Designs und zukünfti- ger Luftfahrtkonzepte geeignet sind. Die EPS- oder eigenständigen ESS-Batteriepa- ketlösungen des Unternehmens, die mo- dular, leicht und effizient sind, werden zu- nehmend von Flugzeugherstellern, Flug- linienbetreibern und Komponentenliefe- ranten nachgefragt, die neue elektrische Modelle anbieten oder bestehende Flug- zeuge durch den Ersatz eines konventio- nellen Flugzeugs nachrüsten Motor mit elektrischem Antrieb.

Kraftfahrzeuge sollen damit sogar Reich- weiten von 1000 km erreichen. Dessen nicht genug kommt aus Kalifornien die Botschaft, dass der Batterieentwickler Amprius Technologies hat die Energiedich- te seiner Zellen nach eigenen Angaben auf rund 500 Wh/kg bzw. 1.300 Wh/l gesteigert. Ergebnisse des Prüfinstituts Mobile Power Solutions hätten gezeigt, dass die Zellen bei 25 Grad Celsius eine Energiedichte von 504 Wh/kg bzw. 1321 Wh/l liefern. Laut Amprius bieten die Zellen „eine poten- ziell branchenweit einzigartige Leistung und bahnbrechende Entladezeiten“. Zudem sind sie bis zu 50 Prozent leichter und klei- ner als handelsübliche Lithium-Ionen-Zel- len, was sie besonders für die Luftfahrt- branche interessant macht. Diese Zellen bieten eine Laufzeit von 200 Prozent im Vergleich zu modernsten Graphitzellen und sind gleichzeitig leichter und kleiner als an- dere Batterien mit demselben Energiege- halt“, sagt Jon Bornstein, Präsident von Amprius Lab. Amprius hatte letztes Jahr erste Batterie- zellen mit Silizium in Form von Nanodräh-

Werden Lithium-Zellen mit Silizium-Nanodrähten von Amprius die Luftfahrt bald beflügeln?

Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm

Amprius, 20078 in Fremont/California gegründet, richtet sich auf eine größere bis 5 GWh-Produktion ein. Entgegen einiger Hersteller, die auf Rundzellen setzen, bevorzugt Amprius Flachzellen.

01.04.2023

ten als Anodenmaterial und einer Ener- giedichte von 450 Wh/kg bzw. 1.150 Wh/l ausgeliefert, die zunächst in Satelliten zum Einsatz kommen. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung der Version mit 405 Wh/kg. Das Unternehmen plant ein Werk im US- Bundesstaat Colorado, um Zellen für den Elektromobilitätsmarkt zu produzieren. Dieses soll 2025 mit einer Jahreskapazi- tät von 500 MWh in Betrieb gehen und später auf bis zu 5 GWh erweitert wer- den. Über die Verfügbarkeit schweigt man sich aber aus und verweist zunächst auf die Anwendung niedriger Chargen in der Raumfahrt. Die Rekordleistung von 500 Wh/kg Ener- giedichte wurde übrigens von Mobile Power Solutions verifiziert, einem füh- renden Testinstitut, das umfassende Tests zur Einhaltung gesetzlicher Vor- schriften, Sicherheit und Leistung von Batterien anbietet. Die Ergebnisse zei- gen, dass dieses Zellmodell >504 Wh/kg und >1321 Wh/l bei 25°C liefert. https://ir.amprius.com

Bis vor kurzem galten Lithium-Zellen mit 250 Wh/kg noch als hocheffizient, doch aus China gab Farasis Energy bekannt, Zellen herzustellen, die eine Energie- dichte von bis zu 330 Wh/kg und einer

Schnellladezeit von unter 15 Minuten herstel- len zu können, was zu weltweit führenden Lösungen für die E-Mobilität beitragen wird. Farasis beliefert namhafte Kunden aus dem Automotive und Non-Automotive-Bereich.

H2FLY gibt die Entwicklung einer neuen Generation von Brennstoffzellensystemen für Verkehrsflugzeuge bekannt

H2FLY kündigt die nächste Generation eines Brennstoffzellensystems für gros- se Höhen (bis zu 27.000 Fuß) an und rückt damit der Verwirklichung eines nach- haltigen kommerziellen Flugverkehrs näher Das H175-Programm wird eine Reihe von Brennstoffzellensystemen bereitstellen, die kombiniert und hochskaliert werden können, um wasserstoffbetriebene Flugzeuge im Megawatt-Klassenbe- reich mit 20 bis 80 Sitzplätzen anzutreiben. Es ist geplant, das neue System später in diesem Jahr zu testen.

Bild: HI2FLY

21.06.2023

Profesor Dr. Josef Kallo, CEO und Mitbegründer von H2FLY

H2FLY, der nach eigenen Angaben weltweit führende Entwickler von wasserstoffelektri- schen Antriebssystemen für Flugzeuge kündigt die nächste Generation seines pro- prietären Brennstoffzellensystems H175 an – eine leistungsstarke und modulare An- triebseinheit, die für den Einsatz in kom- merziellen Flugzeuganwendungen entwickelt wurde. Das H175-Programm wird eine Reihe von Brennstoffzellensystemen bereitstellen, die kombiniert und hochskaliert werden kön- nen, um wasserstoffelektrische Flugzeuge

im Megawatt-Klassenbereich anzutreiben, was Flugzeugen mit 20 bis 80 Sitzplätzen entspricht. H2FLY ist für die Entwicklung, Integration und Prüfung der gesamten Hardware und Software des Brennstoffzel- lensystems verantwortlich. Zur Ankündigung von H175 sagte Profes- sor Dr. Josef Kallo, CEO und Mitbegründer von H2FLY: „Mit H175 stellen wir eine völlig neue Generation von Brennstoffzellensys- temen in Luftfahrtqualität vor und treiben damit den Stand der Technik in der Bran-

che voran.“ Durch die Entwicklung dieses neuen Systems, aber auch durch die Arbeit an der Lösung der Herausforderungen zur Nutzung von flüssigem Wasserstoff mit Brennstoffzellen im HEAVEN-Projekt, ver- eint H2FLY alle entscheidenden Elemente, um wirklich nachhaltige, kommerzielle Flugreisen zu realisieren.“ H175-Systeme werden in der Lage sein, ihre volle Leistungsreichweite in Flughö- hen von bis zu 27.000 Fuß bereitzustellen, was einen wichtigen Schritt auf dem Weg von Flugdemonstrationen in geringeren Höhen hin zu realen kommerziellen Flug- zeuganwendungen darstellt. H2FLY plant, die erste Generation seines H175-Systems Ende dieses Jahres in Flug- demonstrationen zu testen. Darüber hinaus beabsichtigt das Unternehmen im Rahmen des Bundesprojekts „328 H2-FC“ die Inte- gration von H175-Brennstoffzellensyste- men in ein Dornier 328-Demonstrator. „328 H2-FC“ ist ein vom Bundesministe-

rium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördertes Gemeinschaftsprojekt mit anderen Partnern mit dem Ziel, ein was- serstoffelektrisches Brennstoffzellensys- tem im Megawattbereich zu entwickeln und in Flugdemonstrationen zu testen. Im letzten Jahrzehnt war H2FLY führend bei wasserstoffelektrischen Antriebsstrangsys- temen für Flugzeuge und baute und testete bisher sechs verschiedene Generationen von Antriebssträngen. Im vergangenen Jahr stellte das Testflugzeug HY4 des Un- ternehmens einen vermutlichen Weltrekord für wasserstoffelektrische Passagierflug- zeuge auf, die in einer Höhe von 7.230 Fuß fliegen. Darüber hinaus leitet das Unterneh- men die europäische Initiative HEAVEN – ein Projekt, das die Machbarkeit der Ver- wendung von Flüssigkeiten demonstrieren soll, flüssigen Wasserstoff mit Brennstoff- zellen in Flugzeugen.

Versuchsträger Dornier Do 328 für das 328 H2-FC-Programm

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US-Startup Universal Hydrogene probt in Frankreich Verladung von Wasserstoff-Modulen unter Realitätsbedingungen in Commuter-Flugzeug

Universal Hydrogen aus Los Angeles/USA präsentierte jetzt im französischen Toulouse ein mit JBT AeroTech gemeinsam entwickeltes, modulares Schnell- wechsel-Tanksytem für Wasserstoff. Dabei ergänzt Universal Hydrogen seine Arbeiten an dem Umrüstsatz für Regionalflugzeuge, deren konventionelle Turbopropantriebe durch eine eigene Antriebsstrang-Entwicklung bestehend aus Brennstoffzellenmodule und dem eigentlichen Elektromotoren-Antriebs- strang ausgetauscht werden sollen, um dann CO2-frei fliegen zu können.

Foto: Universal Hydrogen

07.11.2023

Auf Paletten verpackte Wasserstofftanks werden am Flugzeug ausgetauscht

Ziel ist es, geeignete Maschinen wie die DeHavilland Dah 8 oder die ATR 42 auf umweltfreundliche Antriebe umzurüsten. Diese Flugzeugtypen sind in großen Stückzahlen weltweit im Einsatz. Schlüssel zum gefahrlo- sen Umgang ist auch die Art der Zu- führung des benötigten Wasserstoffs im Flugzeug über das modulare Sys- tem. Dadurch wird eine Direktbetan- kung am Flugzeug vermieden, die ei- ne spezielle Flughafen-Infrastruktur benötigen würde. Dieses modulare System, wie es jetzt getestet wurde, hat auch den Vorteil, dass im Linienbetrieb keine langen Standzeiten entstehen. Die auf Palet- ten geladenen Wasserstoffkapseln, können innerhalb weniger Minuten in einem im Flugzeug dafür vorgesehen Laderaum ausgetauscht und mit den Anschlußleitungen gekoppelt werden.

Gleichzeitig präsentierte das Unter- nehmen auch die Betankungslogistik- lösung für sein neues H2AmpCartTM, das in Zusammenarbeit mit JBT Aero- Tech entworfen und entwickelt wird und als mobiles Batterieladegerät mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb für elektrische Bodenunterstützungs- geräte (GSE) dienen wird. Die noch im Oktober dieses Jahres durchgeführte Demonstration stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, wenn es um die kurzfristige Anwen- dung von grünem Wasserstoff auf Flughäfen geht, die von dieser Task Force vorangetrieben wird, die die Umstellung von Flughäfen auf um- weltfreundlichere Lösungen unter- stützen möchte, die das weitere nachhaltige Wachstum der Branche er-möglichen. Festinstallierte Wasser- stoff-Betankungsanlage bedürfen

dagegen sehr aufwändiger Sicher- heitseinrichtungen über die heute noch kein Flughafen verfügt. Die Task Force begrüßt Live-Demons- trationen innovativer Technologien, um zu zeigen, wie die Branche weiter- hin ihre hohen Sicherheitsstandards und Betriebsanforderungen erfüllen wird. Die Demonstration auf der ATR- 72 zeigte das Be- und Entladen der modularen Wasserstoffkapseln von Universal Hydrogen in das Flugzeug, simulierte einen Wendevorgang und fand auf dem betriebsbereiten F50- Vorfeld des Flughafens Toulouse- Blagnac statt. Eine enge Zusammen- arbeit zwischen dem Flughafen Tou- louse Blagnac, seinen Sicherheits- partnern sowie dem für den Boden- betrieb zuständigen Bodenabferti- gungsunternehmen Groupe 3S er- möglichte eine reibungslose und erfolgreiche Durchführung der De- monstration. Die H2AmpCart-Wasserstoffmodule von Universal Hydrogen werden aus- serhalb des Flughafens mit grünem Wasserstoff befüllt und unter Nutzung der vorhandenen intermodalen Frachtinfrastruktur an einen Lager- platz des Flughafens überführt. Von dort aus werden die Module auf einen

Anhänger geladen, um sie sicher und effizient zu jedem beliebigen Standort auf dem Flughafen transportiert zu werden. „Da für die Verwirklichung der modu- laren Wasserstoffbetankung keine zusätzliche Infrastruktur am Flugha- fen erforderlich ist, sind wir zuver- sichtlich, dass wir vom sofortigen und kostengünstigen Übergang zu echten Null-Emissionen profitieren werden,“ sagte Arnaud Namer, COO von Universal Hydrogen. Universal Hydrogen lud auch unter anderem GE Aerospace, Airbus Ven- tures, American Airlines, JetBlue Technology Ventures, Toyota Ventu- res und Mitsubishi Capital ein, die zu den strategischen Investoren an dem Gesamtprojekt zählen. Universal Hy- drogen hatte erst im Juli 2022 sein europäisches Entwicklungszentrum in Toulouse eröffnet hatte. Dort fin- den vorrangig die Arbeiten am Um- rüstsatz für die ATR 72 statt. In Tou- louse-Blagnac befinden sich sowohl Airbus als auch das Gemeinschafts- unternehmen Airbus-Leonardo/-Avi- ons de Transport Régional ( ATR).

Versuchsträger ATR 72 . Im Vordergrund die gestapelten Wasserstoff-Tanks.

Erste deutsche Elektro-Ladestelle für kleine Flugplätze am Beispiel Kempten-Durach

Jeder noch so kleine Flugplatz, sofern an ihm Motorflug betrieben wird, wirbt zu- mindest mit einer Tankstelle für Superbenzin oder Avgas 100. Seit 2019 werden serienmäßig zugelassenen Motormaschinen vom Typ Velis betrieben. Doch nicht jeder Flugplatz verfügt über eine Stromversorgung. Und extra aufgestellte Strom- generatoren sind nicht selten zu schwach. Sind aber Stromquellen vorhanden, so kann zumindest ein mobiles Ladegerät Abhilfe schaffen.

Foto: H.Penner

28.6.2024

Uwe Nortmann war mit dem Elektra-Trainer der erste Nutznießer der neuen Lademöglichkeit

So dachte man auch bei der Landeplatzge- sellschaft mbH Kempten-Durach, nachdem auf Messen und Stammtischversammlun- gen im Norden wie im Süden laut darüber nachgedacht wurde, wie man denn eines Tages den Bedarf anfliegender Gastflug- zeuge von anderen Flugplätzen, die Strom für ihre Batterien benötigen und diesen etwa während einer Kaffeepause „nachtan- ken“ möchten, decken könnte. Kempten-Durach steht damit nicht alleine, weiß Dr. Jürgen Schwahn, Vorsitzender von der Interessengemeinschaft der regio- nalen Flugplätze e.V., zu berichten. Sein Verband setzt sich dafür ein, das Thema Infrastrukturen der Zukunft an Flugplätzen und Flughäfen auch in der Breite zur Spra- che zu bringen und eventuell Vorschläge auch in die Politik zu reichen. Längst be- kennt sich auch die Wirtschaft, dass die General Aviation zur Wertschöpfung der Volkswirtschaft mit beiträgt. Dazu reichen heutige Infrastrukturen, die sich alleine auf Verbrennungskraftstoffe fokussiert haben nicht. Doch während andere noch darüber reden, sich konkret mit den Fakten auseinander zu setzen und zu handeln, haben sich die Landeplatzgesellschaft mit Geschäftsfüh- rer Konstantin Hadrossek und ideeller Un- terstützung durch die Luftsportgruppe Kempten-Durach e.V. Gedanken gemacht,

wie man statt eines Baustellen-Verteilers, den man im vergangenen Jahr noch als „Erstlösung“ eingesetzt hatte, etwas pro- fessioneller umsetzen könnte. Zusammen mit Elektromeister Hermann Böving prüfte man die Verfügbarkeit des Stroms, der zum Flugplatzgelände führt. Ernüchterung kam nach der Prüfung, dass die vorhandenen Kabel nicht mehr als 32 Ampere bzw. 22 kW Drehstrom aufweisen. Ein Umstand, mit dem sich viele andere Landeplätze auch erst einmal auseinander- setzen müssen, wenn sie sich auf die ga- rantiert kommende Elektrofliegerei einstel- len wollen. Noch problematischer wird es an Plätzen, die über keinerlei elektrische Infrastruktur verfügen, doch dessen nicht genug. So entstehen an neuerbauten Flug- häfen wie der BER in Berlin gigantische Aufgaben durch bauliche Veränderungen als auch durch enorme Kosten. Warum? Kleine 10 bis 19-sitzige Commu- ter-Flugzeuge sollen in Zukunft neue Märk- te erschließen und das heißt, dass Erdka- bel neu verlegt und die Leistungen im Me- gawatt-Bereich übertragen werden müssen. Die Firma Siemens, einer der Pioniere auf dem Sektor für LKW-, Bus-, Bahn- und Schiffsladetechnik spricht zusätzlich von gekühlten Kabeln, die so die Experten aus dem Flugzeugbau, sogar in den Flugzeu-

gen selbst eingeplant werden müssen. Ganz so weit dachte man in Kempten noch nicht, denn mangels Finanzen, die der kleine Flugplatz Kempten für professio- nelle Ladesäulen nicht aufbringen konnte, sah man sich gezwungen, eine Alternativ- lösung zu finden, die den Kauf und die Installation einer serienmäßigen Ladesta- tion umgeht. „Einer muss anfangen“, sagte Konstantin Hadrossek und ließ mit einem Aufwand von immerhin 13.000 Euro eine Ladestation Marke Eigenbau von Elektromeister Böving bauen, die vor dem Flugplatz-Cafe installiert wurde. Dazu musste ein Erdkabel verlegt werden. Auf einem Betonsockel wurde ein Verteilerkas- ten der üblichen Bauart aus Kunststoff mit verschließbarer Tür installiert, unter dem die Verteilungssysteme, bestehend aus zwei Cekon-Steckdosen und Anschlusska- bel sowie einem EN 62196 Typ2 Stecker mit Kabel und zwei üblichen Schuko- Steckdosen montiert sind. Dazu zwei kleine elektronische Stromzähler. Dies sind zwar eichrechtskonform, doch die Zählerstände müssen noch per Digitalfoto oder Handyfoto zur Abrechnung auf den Tower gebracht werden. Das soll sich mit einer endgültigen Aus- baustufe noch ändern, doch es ist ein An- fang. 400 Volt Wechselstrom liegen am Netz und somit stehen 2 mal 11 kW zur Verfügung. Genug, um zumindest eine Pipistrel Velis aufzuladen. Aber erster offi- zieller Nutzer war Uwe Nortmann, der ge- rade von einer ILA-Vorführung aus Berlin kam, um in Kempten-Durach seinen Elek- tra Trainer am 15.6.2024, dem 2. Kempte- ner Elektroflugtag aufzuladen. Abgerech- net wird nach ortsüblichen Tarifen und ei- nem geringfügigen Aufwandskosten-Auf-

schlag, doch ganz entscheidend ist, dass der Service bereits im AIP aufgeführt ist. Aller Anfang ist schwer und zur Nachah- mung empfohlen, solange keine Fördermög- lichkeiten bestehen. Um diese ging es am gleichen Tag in einer Sonderkonferenz mit 15 Teilnehmern, um ein Netzwerk aus Bayern, Baden-Württem- berg und Rheinland-Pfalz aufzubauen. „Eine Elektroflugstrecke für E-Flugzeuge ist eine gute Möglichkeit, um Forschung mit der Realität zu verbinden. Bayern ist hier auf dem besten Weg, die Vorreiterrolle zu über- nehmen“, so Hadrossek weiter. Man ver- fasse gerade ein Grundsatzpapier, was nicht nur der bayerischen Staatregierung über- bracht werde, sondern, was auch anderen Ländern als Hilfe dienen und um als Beschleuniger wirken kann. Das, was Zukunftsforscher Morell Westermann müh- sam auf seinem Flug von der Schweiz nach Norderney durch eine begleitende Mann- schaft mit mobilem Ladegerät durchführen konnte, soll nun zumindest in der ersten Phase zwischen den Verkehrslandeplätzen bei einer Etappenweite/Maschenweite des Ladenetzes von 100 km oder 1 h Flugzeit zwischen einigen Flugplätzen in den genannten Bundesländern möglich sein. Wie es um andere Bundesländer steht, müs- sen sich Kommunen oder auch private und öffentliche Gesellschaften kümmern, wenn man auch für die Zukunft gerüstet sein will. Einige Bundesländer, wie z. B. Nordrhein- Westfalen haben bereits Millionen-Beträge zur Förderung der E-Fliegerei bereit bestellt. Besondere Aufgaben werden allerdings an Flughäfen gestellt. Sie müssen in einer wei- teren Aufbauphase auch an die Betankungs- möglichkeiten mit gasförmigen oder flüssigem Wasserstoff denken.

Elektro-Ladestelle am Flugplatz Kempten-Durach mit verschiedenen Steckerkabeln

Eher zögerlich entstehen weltweit die ersten Elektroladestellen auf Flugplät- zen. Sie hinken damit den Ladestellen für Kraftfahrzeuge weit hinterher. Doch aufgrund der zum Teil völlig überalterten Flugzeuge, die in den Flug- zeughallen schlummern, fehlt es auch an dem Bedarf, den nur ein Hersteller allein nicht generieren kann. Umrüstungen bei kleinen Flugzeugen sind unwirtschaftlich. Erst bei Flugzeugneukäufen wird man bei Verfügbarkeit auf die Antriebsart Elektro setzen. Neuflugzeuge, und die werden in erster Linie Kleinflugzeuge mit zwei bis vier Sitzen sein, werden Jahrzehnte brauchen, alte Bestände zu ersetzen. Solange müssen Flugplätze und Flughäfen auch noch zweigleisig fahren.

Foto: Aerovolt

Typische Freiluft-Elektroladestelle von Aerovolt

Geradezu beispielhaft scheint sich in Großbritannien die Infrastruktur für kleine Elektroflugzeuge zu entwickeln. Das Lon- doner Unternehmen Aerovolt hat sich vorgenommen 36 Flugplätze und Flughä- fen mit Ladestationen auszustatten. 14

davon sind bereits betriebsbereit. Es sind besonders Flugschulen und Pipistrel-Ver- tretungen, die sich für einen beschleunig- ten Ausbau bemühen. Am Flughafen Fair- oaks in Chobham südlich von London wurde jüngst eine Pipistrel Velis statio-

niert. Mit der parallelen Ladegeräte-Instal- lation wurde der dortige Airport der jüng- ste seiner Art in Betrieb genommen. Die dortige Flugschule rekrutiert derzeit Be- rufspiloten und bietet ihnen eine Ausbil- derausbildung an, um den Schülern das Fliegen in Elektroflugzeugen beizubrin- gen. Die Mission der British Business and General Aviation Association (BBGA) besteht darin, Innovationen in der allge- meinen Luftfahrt zu fördern und die Ent- wicklung der elektrischen Luftfahrt zu unterstützen. Bei den meisten der Aerovolt Ladestationen handelt es sich um 22 kW

Ladeeinheiten. In Deutschland steckt die Infrastruktur mit Ladeeinrichtungen noch absolut in den Kinderschuhen, abgesehen vom ersten Verkehrslandeplatz Kempten, der erst in diesem Jahr eine 22 kW Lade- stelle erhielt. Mehr oder weniger hänge das allerdings auch an der Inaktivität der deutschen Pipistrel-Vertretung. Nach wie vor ist die Velis der einzig zugelassene Elektroflugzeugtyp der Welt.

Wie die Engländer sich auf die elektrische Zukunft auf den Flugplätzen und Flughäfen schon jetzt professionell vorbereiten

15.10.2024

Foto: Aerovolt

Flugschulen sind die verbreitesten Nutzer von Elektroladestellen in Großbritannien

Elektrisches Fliegen - die Zukunftsperspektive

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Elektrolyte bestimmen die Festigkeit der Kathode

Foto: TU-München

Foto: HI2FLY

Foto: Universal Hydrogen

Foto: H.Penner

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Weltweit treiben Hersteller die Entwicklung von Brennstoffzellen voran. Ein neu- es deutsches Konjunkturprogramm soll besonders die Wasserstofftechnologie für den gesamten mobilen Be-reich beschleunigen helfen. Bislang gibt es nur das viersitzige Flugzeug HY4 des DLR in dem Wasserstoff, die Brennstoffzellen zur Stromerzeugung betreibt. Weitaus häufiger sind Anwendungen in LKW’s, Bussen und andere Nutzfahrzeugen. Darin sieht das junge Start-up-Unternehmen HyPoint in Kalifornien eine große Chance für bestimmte Bereiche in der Luftfahrt, denn sie haben den riesigen Markt der eVTOL’s im Visier, deren Flugdauer mit heutigen Lithium-Ionen-Batte- rien zu stark begrenzt ist. Ihre Entwicklung konzentriert sich auf ein turbo-luft- gekühltes Brennstoffzellen-Design mit extrem hoher Energiedichte. Um diese Fluggeräte wirtschaftlich zu betreiben, müssen sie den ganzen Tag für den Ein- satz verfügbar sein. Lange Ladezeiten, wie etwa für Batterien an den Ladestatio- nen, stellen dabei keine Lösung dar. Die Energiedichte des Gesamtsystems liegt bei etwa 960 Wh/kg, wobei Lithium- batterien normalerweise nur 250 Wh/kg hergeben und andere luft- und flüssig- keitsgekühlte Brennstoffzellensysteme etwas mehr als die Hälfte ausmachen. Es funktioniert bei mehr oder weniger jeder realen Temperatur von -50 bis +50 °C und darüber hinaus. Und während es sich zu diesem Zeitpunkt noch im Labor befindet, geht das Team davon aus, dass diese Brennstoffzellen etwa 20.000 Stunden ohne Wartung halten werden - ein weiterer sehr wichtiger Faktor für zukünftige kommerziellen Betreiber. Der Entwicklungsplan sieht für dieses Jahr noch vor, 15- bis 20-kW-Prototypen zu bauen. Dem dann bis 2022 ein volleinsetzbares System mit 150-200-kW folgen wird. Bei Grossserienfertigung werden sich die Preise zwischen 100 und 500 $/kW einpendeln, während flüssigkeitsgekühlte Systeme zwischen 300 und 600 $/kW liegen. Ihr zusätzlicher Nachteil, sie müssen noch das komplette Kühlsys- tem mitschleppen.

Start-up Unternehmen weckt Hoffnungen für leichte und preiswerte Brennstoffzellen

Versuchsstacks im kalifornischen Labor von HyPoint

Foto: HyPoint

05.06.2020

Zuerst eVTOL im Visier

Die Energiedichte von 960 Wh/kg schlägt bereits jedes Batteriesystem

100 $/kW als erreichbares Ziel

Foto: HiPoint

Versuchsmuster mit Wasserstofftank

HyPoint Brennstoffzellen-Stack

Drohne als Testmodul

Foto: HiPoint

Foto: HyPoint

Faser-Kunststoff-Verbunden. Das Verbundvorhaben „CryoFuselage“ in Koope- ration mit der Universität Bayreuth hat das Entwicklungsziel kryogene Nieder- druck-Wasserstofftanks aus Faser-Kunststoff-Verbunden zu entwickeln und als strukturlasttragende Komponente in die Flugzeug-Rumpfstruktur von elektrifi- zierten Flugzeugkonzepten zu integrieren. Im Rahmen der Qualitätssicherung und Flugsicherheit sollen die Tanks darüber hinaus durch die Einbettung von Sensoren die Prozess-, Schadens- und Füllstandsüberwahung für diese elektri- fizierten Flugzeugkonzepte ermöglichen. Die Motivation der Forschung ist die ef-fiziente Gestaltung der Speicherung von Wasserstoff und die funktionale Nutzung eines Wasserstofftanks integriert in die Struktur des Luftfahrzeugs. Ziel ist es, mittelfristig eine energieeffiziente und umwelt-schonendere Antriebsmethode bereit zu stellen. "Die Entwicklung von leichtbaugerechten Speichermöglichkeiten für Wasserstoff leistet einen erheblichen Beitrag zur klimaneutralen Mobilität und hilft die geforderten Kli- maziele zu erreichen“, erläutert Prof. Dickhut. Einen Wasserstofftank, der Strukturlasten des Flugzeugs aufnimmt und alle Kri- terien der Dichtigkeit erfüllt, gibt es noch nicht. Anstatt 700 bar in einem her- kömmlichen Wasserstofftank für Autos sollen im künftigen Wasserstofftank für Flugzeuge nur rund 8 bar Druck herrschen. Dieser verminderte Druck wird durch Kühlen des Wasserstoffs auf -253 Grad Celsius erreicht. Diese Tieftem- peraturen stellen höchste Ansprüche an das Material und die Isolation des Tanks. Ziel ist es die richtigen Materialien und Materialkombinationen zu finden und zu testen. Das Projekt läuft seit dem 01. Januar 2021 und ist für eine Dauer von zweieinhalb Jahren geplant. Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesent- wicklung und Energie fördert das Projekt. Kooperationspartner ist der Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe an der Universität Bayreuth.

Entwicklung von Wasserstoff-Niederdrucktanks

Wie lässt sich Wasserstoff in Luftfahrzeugen effizient einsetzen? Um diese Frage zu beantworten, müssen alle Flugzeugkomponenten auf einen reinen Wasser- stoffantrieb hin ausgerichtet und konzipiert werden. Und daran forschen auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Universität der Bundeswehr München. Prof. Tobias Dickhut von der Professur für Verbundwerkstoffe und Technische Mechanik am Institut Aeronautical Engineering arbeitet an der Ent- wicklung und Qualifikation von kryogenen Niederdruck-Wasserstofftanks aus

Bild: DLR

19.03.2021

Festelektrolyt-ist das die richtige Richtung?

27.04.2021

Einen ganz anderen Weg verfolgt ein neugegründetes Unternehmen in den USA. Dies amerikanische Factorial Energy hat eine 40-Ah-Zelle mit Festelektrolyt an- gekündigt, die E-Autos zu einer um 20 bis 50 Prozent erhöhten Reichweite ver- helfen soll. Zu dem Führungsteam und den Investoren des bisher unbekannten Unternehmens gehören einige in der Branche bekannte Namen. Bei dem Zellen- typ soll es sich dabei um einen speziellen Polymer-Separator handeln. Derzeit würden die Zellen auf eine gravimetrische Energiedichte von 350 Wh/kg und ei- ne volumetrische Energiedichte von 770 Wh/l kommen. Ziel seien 400 Wh/kg und 1000 Wh/l. Nach 460 Zyklen soll die Kapazität unter 80 Prozent fallen, die Zellen sollen mit 1C geladen werden können. Das Material, bei dem man einen Durchbruch erreicht habe, sei sicherer als her- kömmliche Lithium-Ionen-Technologie und ersetzt den brennbaren flüssigen Elektrolyten durch einen sichereren, stabileren Festkörperelektrolyten, der die Bildung von Lithiumdendriten auf Lithium-Metall-Anoden unterdrückt. Als ein- zige Zahl wird genannt, dass auf „Factorial Electrolyte System Technology“ (FEST) basierende Batterieplattformen eine 20 bis 50 prozentige Verbesserung der Reichweite bieten sollen, ohne die Langlebigkeit des Packs zu beeinträchti- gen. Das selbst entwickelte Festelektrolytmaterial, das eine sichere und zuver- lässige Zellleistung mit Elektroden mit hoher Spannung und hoher Energiedich- te ermöglichen soll, ist ebenso erfolgsversprechend wie die Ankündigungen von VW und BMW. So hat sich VW bei QauntumScape mit Vorkaufsrechten ein- gekauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie große Hoffnungen machen. Leider gibt es bis heute noch keine verlässlichen Angaben über deren Leistungsfähig- keit. VW plant aber noch in diesem Jahr eine eigene Pilotanlage in Deutschland zu bauen und will diese später zu einer Gigafabrik ausbauen, um sich von den großen Zellenherstellern unabhängig zu machen. Ähnlich denkt man auch bei BMW, die mit Hyundai und Ford sich an dem Unternehmen Solid Power betei- ligt haben. Nun hat aber auch General Motors durch eine 139 Millionen US-Dol- lar schwere Investitionsrunde in den Festkörperbatterie-Spezialisten SolidEner- gy Systems (SES) beschleunigt. Im März hatte der US-amerikanische Autokon- zern bereits eine Entwicklungsvereinbarung mit SES geschlossen. SES ist ein in Singapur ansässiges Spin-off des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Neben General Motors gehören zu den Geldgebern der gerade abge- schlossenen Finanzierungsrunde auch bestehende Investoren wie SK, Tema- sek, Applied Ventures LLC, Shanghai Auto und Vertex. SES will mit diesen neu- en Mitteln die Technologieentwicklung und die Kommerzialisierung seiner Fest- stoffbatterien auf Lithium-Metall-Basis beschleunigen. Schon 2016 hatte SES eine Lithium-Metall-Akkutechnologie angekündigt, bei der die Anode durch eine extrem dünne Lithiumfolie ersetzt wird, wodurch die Energiedichte auf bis zu 500 Wh/kg deutlich vergrößert werden könnte. General Motors zeigt sich an der Technologie stark interessiert. SES plant die nächste Generation seiner Ultium-Batterien als Feststoffakku. Das heißt, dass man mit Lithium-Metall-Anode arbeiten wird. GM und SES planen bereits, in Woburn im US-Bundesstaat Massachusetts bis 2023 eine Prototyp-Produktionslinie für die Zellen aufzubauen. Bis Mitte des Jahrzehnts wollen die beiden Partner die Kos- ten um bis zu 60 Prozent senken. Das tönt nach Hoffnung. Für die aktuelle Ge- neration der Ultium-Zellen arbeitet GM bekanntlich mit LG Energy Systems zu- sammen. Im Rahmen ihres Joint Ventures Ultium Cells bauen GM und LG der- zeit bereits ein Batteriezellenwerk in Ohio, dessen Fertigstellung für 2022 erwar- tet wird. Anfang März hatte GM zudem Berichte bestätigt, dass der Konzern eine zweite Batteriezellfabrik in den USA plane.

Batteriezell-Produktion bei VW

Oxis Energy Limited ist am 19.5.2021 in Insolvenz gegangen!

Leistungsfähigere Hybridantriebsssysteme für zukünftige Verkehrsflugzeuge

Ein skalierbares Antriebsmodul für Flugzeuge ab 250 kW wird jetzt vom Bundes- ministerium für Wirtschaft und Energie mit 8 Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind die Firmen Diehl Aerospace und MTU Aero Engines, die DLR-Ausgründung H2FLY und die Universität Ulm. Diehl Aerospace obliegt im Forschungsverbund EnaBle die Leitung des Projekts. Ziel ist ein hochinnovatives Hybridantriebssys- tems für den Flugverkehr, das Brennstoffzellen und Batteriesysteme vereint. „Wir arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines hybridelektrischen Antriebs bestehend aus Brennstoffzelle, Batterie, Leistungselektronik und Power Manage- ment System. Das konkrete Ziel, das wir dabei erreichen wollen, ist die zeitnahe industrielle Umsetzung für leichte Motorflugzeuge mit bis zu 19 Sitzen“, erklärt Ronny A. Knepple. Der Ingenieur verantwortet den Bereich Energiesysteme bei der Diehl Aerospace. Das Unternehmen, das den Forschungsverbund EnaBle koordiniert, ist Technologieführer für Avionik-Systeme und Spezialist für Kabi- nen-Ausrüstungen. „Die Brennstoffzelle produziert Strom aus Wasserstoff und stellt damit die energetische Grundlage des Propellerantriebes sicher. Lithium- Ionen-Batterien liefern während des Starts oder Steigfluges zusätzliche Leis- tung, die benötigt wird, um die Reiseflughöhe zu erreichen“, sagt Dr. Caroline Willich, Wissenschaftlerin vom Institut für Energiewandlung und -speicherung der Uni Ulm. Die Ingenieurin leitet gemeinsam mit ihrer Institutskollegin Dr. Christiane Bauer die Ulmer Teilprojekte. An der Uni soll unter anderem das Luftversorgungsmo- dul für die Brennstoffzellen entwickelt werden. „Die Brennstoffzellen, die hier zum Einsatz kommen, werden mit Druckluft betrieben. Die Druck-Aufladung macht die Brennstoffzellen effizienter und ermöglicht höhere Leistungen. Dies ist besonders in Flugzeugen von großem Interesse, denn diese bewegen sich in großer Höhe und damit im Unterdruckbereich“, erläutert Willich. Diehl Aerospace stellt dafür eine sogenann te Integrierte Modulare Avionik (IMA) zur Verfügung. Die Abkürzung bezeichnet eine modulare rechnergestützte Elek- tronikeinheit aus standardisierten Komponenten und Schnittstellen, die im Flug- zeug dafür sorgt, dass die verschiedenen Systeme miteinander kommunizieren können. Das Insti-tut für Technische Thermodynamik am DLR kümmert sich spe- ziell um die Entwicklung des Brennstoffzellen- und Batteriesystems. Nach Ansicht der Uni ulm geht es letztendlich um den Aufbau einer Gesamtsys- temkompetenz für Brennstoffzellen-Batterie-Hybride, die dazu beitragen wird, den Technologiestandort Deutschland zu stärken und neue Arbeitsplätze zu schaffen. Das Leistungsmanagementsystem, das ebenfalls an der Uni Ulm ent- wickelt wird, soll dabei in der Lage sein, auf die Anforderungen unterschiedlich- er Flugprofile präzise und anwendungsnah zu reagieren. Ein ganz besonderes Al-leinstellungsmerkmal am Brennstoffzellen-Forschungsstandort Ulm ist ein Teststand, der in eine klimatisierte Unterdruckkammer interiert ist. So können ganze Antriebsstrangsysteme unter realistischen, flugrelevanten Be- dingungen charakterisiert und getestet werden. MTU Aero Engines, führender deutscher Triebwerkhersteller, arbeitet an der Gesamtintegration des Entwick- lungskonzepts für Flugzeuge aus der Klasse der 19 bis 80 Sitzer. Als Technolo- gieträger ist zunächst eine Dornier Do-228. Die DLR-Ausgründung H2Fly widmet sich im Rahmen von EnaBle insbesondere der Klärung sicherheitstechnischer Anforderungen und Fragen der Zulassung. H2fly betreibt derzeit am Flughafen das einzige in Deutschland wasserstoffbetriebene Flugzeug HY4 auf Basis eines doppelrümpfigen Flugzeugs von Pipistrel.

Foto: Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm

Brennstoffzelle in der klimatisierten Unterdruckkammer bei der Testvorbereitung. Dr. Christiane Bauer (links) und Dr. Caroline Willich beim Aufbau.

27.04.2021

Forscher entwickeln 560 kWh/kg-Zelle in Ulm

In Ulm, einem der dort größten europäischen Batterieforschungszentren wurden bahnbrechende Entwicklungen am dortigen Helmholtz-Institut Ulm (HIU) in die Wege geleitet. Das dortige HIU wurde 2011 aus dem Karlsruher Institut für Tech- nologie (KIT) als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet. Um die 130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaft- ler erforschen dort die Grundlagen für zukunftsfähige Energiespeicher. Neue Wege zu gehen oder Bestehendes zu verbessern, ist erklärtes Ziel der Forsche- rinnen und Forscher.

Foto: HIU

17.08.2021

Standard sind bei heutige Batterie-Zellen Leistungsdichten von 250 Wh/kg. Als Alternative bieten sich Lithium-Metall-Batterien an: Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus, das heißt, sie speichern viel Energie pro Masse bzw. Volumen. Doch ihre Stabilität stellt eine Herausforderung dar – weil die Elektro- den materialien mit gewöhnlichen Elektrolytsystemen reagieren. Eine Lösung haben nun Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und am Helmholtz-Institut Ulm – Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) ge- funden. Wie sie im englischsprachigen Magazins Joule berichteten, setzten sie eine vielversprechende neue Materialkombination ein. Sie verwenden eine ko- baltarme, nickelreiche Schichtkathode (NCM88). Diese bietet eine hohe Energie- dichte, denn mit dem üblicherweise verwendeten kommerziell erhältlichen orga- nischen Elektrolyten (LP30) lässt die Stabilität allerdings stark zu wünschen übrig. Die Speicherkapazität würde mit steigender Zahl der Ladezyklen sinken. Die Forschenden in Ulm verwendeten daher stattdessen einen schwerflüchtigen, nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei Anionen (ILE). „Mit- hilfe des ILE lassen sich die Strukturveränderungen an der nickelreichen Katho- de wesentlich eindämmen“, berichtet Dr. Guk-Tae Kim von der Forschungsgrup pe Elektrochemie der Batterien am HIU. Die Ergebnisse: Die Lithium-Metall-Batte- rie erreicht mit der Kathode NCM88 und dem Elektrolyten ILE eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm und das über 1 000 Ladezyklen. Dabei bleibt die Kapazität zu 88 Prozent erhalten. Die nickelreiche Kathode erlaubt, viel Energie pro Masse zu speichern, der ioni- sche Flüssigelektrolyt sorgt dafür, dass die Kapazität über viele Ladezyklen weit- estgehend erhalten bleibt. Die mit modernsten Forschungseinrichtungen aus- gestattete Forschungsstelle weist aber ausdrücklich darauf hin, dass die Lithi- um-Metall-Zellen noch nicht serienreif sind. Nach Auskunft der Wissenschaftler könnten die in Ulm entwickelten Zellen auf den Standard-Produktionslinien über die die Industrie nicht nur in Deutschland, sondern inzwischen weltweit verfügt, die Lithium-Metall-Zellen hergestellt werden. Bei entsprechendem Interesse sei- tens der Industrie solche Zellen zu produzieren, könnte die Produktion

Höhere Leistung durch Materialmix

Serienreife in zwei bis vier Jahren

Testanlage an der Uni München

in zwei bis vier Jahren beginnen. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. Dies be-sonders im Luftfahrtbereich, weil die Kapazität von Lithium-Metall-Zellen heutige Leistungsdichten mehr als das Doppelte übertrifft. Der Verzicht auf teu- res Kobalt und die Verwendung eines nicht so leicht entflammbaren Elektrolyts sind weitere Aspekte für die Serienreifmachung für Lithium-Metall-Batterie auf Basis der nickelreichen Kathoden. Zellenhersteller werden abwägen, in welche neuen Technologien sie in kommenden Jahren investieren. Aus deutschen For- schungskreisen ist gleichfalls zu hören, dass auch an der Magnesium-Batterie, ebenfalls in Ulm, geforscht wird. Und an der deutschen Batterie-Forschungsfa- brik in Münster sieht Professor Dr. Martin Winter, Leiter des Forschungszent- rums MEET in erster Linie ebenso wie seine Kollegen in Ulm die schnelle Um- setzung der Forschungsergebnisse als größtes Hindernis. Die Forschungsfa- brik, die aber ganz Deutschland dienen soll, biete aber nun die Voraussetzungen für in Großserie gefertigte Batteriezellen „Made in Germany“.

Solid Power könnte seine Festkörperzellen 2026 in Serie gehen lassen

Foto: Solid Power

08.06.2022

Foto: Solid Power

Festkörperzellen vom amerikani- schen Hersteller Solid Power könn- ten ab 2026 in Großserienproduk- tion gehen. Jetzt ist bereits eine Pi- lotanlage in Betrieb, die vollauto- matisiert Festelektrolytmaterial auf Sulfidbasis (Schwefel) verarbeitet. In Kombination mit einer Silizium- Anode und festen Elektrolyten will man auf 390 Wh/kg kommen. Als Ersatz der Silizium-Anode könnte auch eine Lithium-Metall-Anode verbaut werden, die auf eine Ener- giedichte von 440 Wh/kg käme. OEM-Partner sind bereits Ford und BMW, die sich auch in den ersten Finanzierungsrunden beteiligt ha- ben. Die jetzige Pilotanlage soll jährlich 15000 Zellen produzieren können. Das amerikanische Unter- nehmen hat gegenwärtig 20 Ah - Muster in Erprobung. Man hoffe aber auf eine Optimierung zwi- schen 60 und 100 Ah. Solid Power forscht nicht als einziger Batterie- spezialist an den Festkörper-Bat-

terien. Weltweit arbeiten mehrere Unternehmen daran. Großer Be- darf besteht besonders im Luft- und Raumfahrtbereich. Die All-Solid-State-Batterien von Solid Power entfernen die brenn- bare flüssige Elektrolyt- und Poly- mertrennschicht in einer herkömm- lichen Lithium-Ionen-Batterie und ersetzen sie durch eine feste Schicht. Diese Schicht wirkt als Barriere, um zu verhindern, dass Anode und Kathode einander be- rühren, was die Batterie kurz- schließen würde. Es wirkt auch als Leitelektrolyt. Der sulfidbasierte Festelektrolyt von Solid Power ist der Hauptbestandteil der All-Solid- State-Batterieplattformtechnologie von Solid Power. Die Elektrolyte von Solid Power bieten die beste Kom-bination aus Leitfähigkeit (die Fähigkeit, Ionen schnell hin und her zu bewegen), Herstellbarkeit und Leistung auf Zellebene.

Foto: H55

André Borschberg, CEO der Firma H55 vor der Bristell B23 Energic

Foto: H55

H55 aus der Schweiz, ist das erste Unternehmen, das die Zertifizierung der Entwick- lungs- und Produktionsorga- nisation für elektrische Antriebssysteme erhalten

hat. Er handelt sich da um einen äußerst kritischen Meilenstein zur Zertifizie- rung eines vollständigen elektrischen Antriebssys- tems.

H55 hat von der European Union Aviation Safety Agency (EASA) die Design Organization Appro- val (DOA) erhalten. Dies folgt auf die Erteilung der Produktionsbe- triebsgenehmigung (POA) des Unternehmens durch das Schweizerische Bundesamt für Zivilluftfahrt (BAZL) im Januar dieses Jahres. Mit dem gesicher- ten DOA und POA ist das Unter- nehmen gut positioniert, um sein Musterzertifikat für sein elektri- sches 100-kW-Antriebssystem (EPS) für CS23-Flugzeuge zu erhalten, das für Ende 2023 vor- gesehen ist. Nach der Ankündigung, dass H55 von Pratt und Whitney Ca- nada für ein Großprojekt in der Hybrid-Elektroluftfahrt ausge- wählt wurde, kommt das Unter- nehmen mit seiner Roadmap für die technologische Entwicklung gut voran und beweist sich er- neut als Schlüsselfaktor in der Elektroluftfahrt. Der Erhalt des DOA und des POA wird es H55 ermöglichen, sein elektrisches Antriebssystem innerhalb eines definierten Zertifizierungsrah- mens zu entwerfen, und es dem Unternehmen ermöglichen, die- ses System in Serie zu produzie- ren, wobei die Luftfahrtvorschrif- ten und Produktionsanforderun- gen erfüllt werden. H55 ist das einzige Unternehmen, das den Motor und die Batterien gemein- sam im Rahmen eines Type Cer- tificate (TC) zertifizieren möchte. Das erste EPS-Typenzertifikat von H55 hat bereits die formelle Akzeptanz seiner Zertifizierungs- basis bei der EASA sicherge- stellt, und formelle Validierungen mit an-deren Behörden wie der US Federal Aviation Administra- tion und Transport Canada Civil Aviation sind im Gange. Andre Borschberg, Mitbegründer und Vorstandsvorsitzender von H55, kommentier-te diesen wich- tigen Meilenstein wie folgt: „Mit 19 Jahren Erfahrung in der Ent- wicklung von vier fliegenden Elektroflugzeugen und einem hochqualifizierten und talentier- ten Team fordert uns die Bran- che zunehmend, nicht nur als Elektroflugzeug Ausrüstungslie- ferant, sondern auch für unsere Kompetenz und unser Know- how bei der Integration elektri-

scher Antriebssysteme in Flug- zeugen. Der Erhalt sowohl unse- res DOA als auch unseres POA ist eine weitere Bestätigung dafür, dass unsere Technologie und Erfolgsbilanz sowohl von der Industrie als auch von den Aufsichtsbehörden anerkannt wird. Als Teil unserer Strategie bei der Gründung des Unterneh- mens hat H55 die Zertifizierung als Mittel zur Förderung von In- novationen angenommen, und dieser Ansatz hat sich eindeutig ausgezahlt.“ H55 ist momentan das erste und einzige Unternehmen, das Mus- terzertifikate für elektrische An- triebssysteme als Teil seines Entwicklungsorganisationsbe- reichs besitzt. DO, PO und TC müssen strenge Anforderungen sowohl an die elektrische An- triebseinheit (EPU), die elektri- sche Energie in Strom umwan- delt, als auch an das Energie- speichersystem (ESS), das elek- trische Energie speichert und an die EPU liefert, erfüllen. H55 hat den Zertifizieungsbehörden er- folgreich gezeigt, dass seine internen DO-Fähigkeiten für den Entwurf, die Entwicklung, die Flugerprobung und die Produk- tion elektrischer Antriebssys- teme einschließlich wichtiger technologischer Komponenten wie Batterien, komplexer mecha- nischer Baugruppen, Software und luftgestützter elektronischer Hardware anwendbar sind. Darüber hinaus hat H55 mit vier entwickelten und geflogenen Flugzeugen bereits bewiesen, dass seine Systeme sicher und zuverlässig sind. Das TC wird es H55 er-möglichen, weiterhin seine elektrischen Antriebslö- sungen anzubieten, die für eine Reihe bestehender Designs und zukünftiger Luftfahrtkonzepte geeignet sind. Die EPS- oder eigenständigen ESS-Batteriepa- ketlösungen des Unternehmens, die modular, leicht und effizient sind, werden zunehmend von Flugzeugherstellern, Fluglinien- betreibern und Komponentenlie- feranten nachgefragt, die neue elektrische Modelle anbieten oder bestehende Flugzeuge durch den Ersatz eines konven- tionellen Flugzeugs nachrüsten Motor mit elektrischem Antrieb.

EASA gibt grünes Licht für 100 kW Antriebssystem

Wie Lithium-Zellen mit Silizium die Luftfahrt beflügeln

01.04.2023

Bis vor kurzem galten Lithium- Zellen mit 250 Wh/kg noch als hocheffizient, doch aus China gab Farasis Energy bekannt, Zel- len herzustellen, die eine Ener- giedichte von bis zu 330 Wh/kg und einer Schnellladezeit von unter 15 Minuten herstellen zu können, was zu weltweit führen- den Lösungen für die E-Mobilität beitragen wird. Farasis beliefert namhafte Kunden aus dem Auto- motive und Non-Automotive-Be- reich. Kraftfahrzeuge sollen da- mit sogar Reichweiten von 1000 km erreichen. Dessen nicht genug kommt aus Kalifornien die Botschaft, dass der Batterieentwickler Amprius Technologies hat die Energie- dichte seiner Zellen nach eige- nen Angaben auf rund 500 Wh/kg bzw. 1.300 Wh/l gestei- gert. Ergebnisse des Prüfinsti- tuts Mobile Power Solutions hätten gezeigt, dass die Zellen bei 25 Grad Celsius eine Ener- giedichte von 504 Wh/kg bzw. 1321 Wh/l liefern. Laut Amprius bieten die Zellen „eine potenziell branchenweit einzigartige Leistung und bahn- brechende Entladezeiten“. Zu- dem sind sie bis zu 50 Prozent leichter und kleiner als handels- übliche Lithium-Ionen-Zellen, was sie besonders für die Luft- fahrtbranche interessant macht. Diese Zellen bieten eine Laufzeit von 200 Prozent im Vergleich zu modernsten Graphitzellen und

sind gleichzeitig leichter und kleiner als andere Batterien mit demselben Energiegehalt“, sagt Jon Bornstein, Präsident von Amprius Lab. Amprius hatte letztes Jahr erste Batteriezellen mit Silizium in Form von Nanodrähten als Ano- denmaterial und einer Energie- dichte von 450 Wh/kg bzw. 1.150 Wh/l ausgeliefert, die zunächst in Satelliten zum Einsatz kommen. Es handelt sich um eine Weiter- entwicklung der Version mit 405 Wh/kg. Das Unternehmen plant ein Werk im US-Bundesstaat Colorado, um Zellen für den Elektromobili- tätsmarkt zu produzieren. Dieses soll 2025 mit einer Jahreskapazi- tät von 500 MWh in Betrieb geh- en und später auf bis zu 5 GWh erweitert werden. Über die Ver- fügbarkeit schweigt man sich aber aus und verweist zunächst auf die Anwendung niedriger Chargen in der Raumfahrt. Die Rekordleistung von 500 Wh/kg Energiedichte wurde übri- gens von Mobile Power Soluti- ons verifiziert, einem führenden Testinstitut, das umfassende Tests zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, Sicherheit und Leistung von Batterien anbietet. Die Ergebnisse zeigen, dass die- ses Zellmodell >504 Wh/kg und >1321 Wh/l bei 25°C liefert. https://ir.amprius.com

H2FLY entwickelt neue Generation von Brennstoffzellensystemen für Verkehrsflugzeuge

H2FLY kündigt die nächste Generation eines Brennstoffzel- lensystems für große Höhen (bis zu 27.000 Fuß) an und rückt damit der Verwirklichung eines nachhaltigen kommer- ziellen Flugverkehrs näher. Das H175-Programm wird eine Reihe von Brennstoffzellensystemen bereitstellen, die kom- biniert und hochskaliert werden können, um wasserstoffbe- triebene Flugzeuge im Megawatt-Klassenbereich mit 20 bis 80 Sitzplätzen anzutreiben. Es ist geplant, das neue System später in diesem Jahr zu testen.

Bild: HI2FLY

21.06.2023

H2FLY, der nach eigenen Anga- ben weltweit führende Entwickler von wasserstoffelektrischen An- triebssystemen für Flugzeuge kündigt die nächste Generation seines proprietären Brennstoff- zellensystems H175 an – eine leistungsstarke und modulare Antriebseinheit, die für den Ein- satz in kommerziellen Flugzeu- ganwendungen entwickelt wurde. Das H175-Programm wird eine Reihe von Brennstoffzellensyste- men bereitstellen, die kombiniert und hochskaliert werden kön- nen, um wasserstoffelektrische Flugzeuge im Megawatt-Klassen- bereich anzutreiben, was Flug- zeugen mit 20 bis 80 Sitzplätzen entspricht. H2FLY ist für die Ent- wicklung, Integration und Prü- fung der gesamten Hard- und

Software des Brennstoffzellen- systems verantwortlich. Zur Ankündigung von H175 sag- te Professor Dr. Josef Kallo, CEO und Mitbegründer von H2FLY: „Mit H175 stellen wir eine völlig neue Generation von Brennstoff- zellensystemen in Luftfahrtquali- tät vor und treiben damit den Stand der Technik in der Bran- che voran.“ Durch die Entwick- lung dieses neuen Systems, aber auch durch die Arbeit an der Lö-

sung der Herausforderungen zur Nutzung von flüssigem Wasser- stoff mit Brennstoffzellen im HEAVEN-Projekt, vereint H2FLY alle entscheidenden Elemente, um wirklich nachhaltige, kom- merzielle Flugreisen zu realisie- ren.“ H175-Systeme werden in der La- ge sein, ihre volle Leistungs- eich-weite in Flughöhen von bis zu 27.000 Fuß bereitzustellen, was einen wichtigen Schritt auf dem Weg von Flugdemonstratio- nen in geringeren Höhen hin zu realen kommerziellen Flugzeu- ganwendungen darstellt. H2FLY plant, die erste Genera- tion seines H175-Systems Ende dieses Jahres in Flugdemonstra- tionen zu testen. Darüber hinaus beabsichtigt das Unternehmen im Rahmen des Bundesprojekts „328 H2-FC“ die Integration von H175-Brennstoffzellensystemen in ein Dornier 328-Demonstrator. „328 H2-FC“ ist ein vom Bundes- ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförder- tes Gemeinschaftsprojekt mit anderen Partnern mit dem Ziel, ein wasserstoffelektrisches Brennstoffzellensystem im Me- gawattbereich zu entwickeln und in Flugdemonstrationen zu tes- ten.

Im letzten Jahrzehnt war H2FLY führend bei wasserstoffelektri schen Antriebsstrangsystemen für Flugzeuge und baute und tes tete bisher sechs verschiedene Generationen von Antriebssträn- gen. Im vergangenen Jahr stellte das Testflugzeug HY4 des Unter- nehmens einen vermutlichen Weltrekord für wasserstoffelek-

rische Passagierflugzeuge auf, die in einer Höhe von 7.230 Fuß fliegen. Darüber hinaus leitet das Unternehmen die europäische Initiative HEAVEN – ein Projekt, das die Machbarkeit der Verwen- dung von Flüssigkeiten mit flüs- sigen Wasserstoff mit Brenn- stoffzellen in Flugzeugen de- monstrieren soll

Professor Dr. Josef Kallo, CEO und Mitbegründer von H2FLY

US-Startup probt in Frankreich Verladung von Wasserstoff-Modulen unter Realitätsbedingungen

Foto: Universal Hydrogen

07.11.2023

Wasserstofftanks werden am Flugzeug ausgetauscht

Versuchsträger ATR 72 . Im Vordergrund Wasserstoff-Tanks.

Universal Hydrogen aus Los Angeles/USA präsentierte jetzt im französischen Toulouse ein mit JBT AeroTech gemeinsam entwickeltes, modulares Schnellwechsel- Tanksytem für Wasserstoff. Dabei ergänzt Universal Hydrogen seine Arbeiten an dem Umrüstsatz für Regio- nalflugzeuge, deren konventionelle Turbopropantriebe durch eine eigene Antriebsstrang-Entwicklung beste- hend aus Brennstoffzellenmodule und dem eigentlichen Elektromotoren-Antriebsstrang ausgetauscht werden sollen, um dann CO2-frei fliegen zu können.

Ziel ist es, geeignete Maschinen wie die DeHavilland Dash 8 oder die ATR 42 auf umweltfreundli- che Antriebe umzurüsten. Diese Flugzeugtypen sind in großen Stück-zahlen weltweit im Einsatz. Schlüssel zum gefahrlosen Um- gang ist auch die Art der Zufüh- rung des benötigten Wasser- stoffs im Flugzeug über das mo- dulare System. Dadurch wird eine Direktbetankung am Flug- zeug vermieden, die eine spezi- elle Flughafen-Infrastruktur be- nötigen würde. Dieses modulare System, wie es jetzt getestet wurde, hat auch den Vorteil, dass im Linienbe- trieb keine langen Standzeiten entstehen. Die auf Paletten gela- denen Wasserstoffkapseln, kön- nen innerhalb weniger Minuten in einem im Flugzeug dafür vor- gesehen Laderaum ausgetauscht und mit den Anschlußleitungen gekoppelt werden. Gleichzeitig präsentierte das Un- ternehmen auch die Betankungs-

logistiklösung für sein neues H2AmpCartTM, das in Zusam- menarbeit mit JBT AeroTech entworfen und entwickelt wird und als mobiles Batterieladege- rät mit Wasserstoff-Brennstoff- zellenantrieb für elektrische Bo- denunterstützungsgeräte (GSE) dienen wird. Die noch im Oktober dieses Jah- res durchgeführte Demonstra- tion stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, wenn es um die kurzfristige Anwendung von grü- nem Wasserstoff auf Flughäfen geht, die von dieser Task Force vorangetrieben wird, die die Umstellung von Flughäfen auf umweltfreundlichere Lösungen unterstützen möchte, die das weitere nachhaltige Wachstum der Branche ermöglichen. Fes- tinstallierte Wasserstoff-Betan- kungsanlage bedürfen dagegen sehr aufwändiger Sicherheitsein- richtungen über die heute noch kein Flughafen verfügt.

Die Task Force begrüßt Live-De- monstrationen innovativer Tech- nologien, um zu zeigen, wie die Branche weiterhin ihre hohen Sicherheitsstandards und Be- triebsanforderungen erfüllen wird. Die Demonstration auf der ATR-72 zeigte das Be- und Entla- den der modularen Wasserstoff- kapseln von Universal Hydrogen in das Flugzeug, simulierte einen Wendevorgang und fand auf dem betriebsbereiten F50-Vor- feld des Flughafens Toulouse- Blagnac statt. Eine enge Zusam- menarbeit zwischen dem Flug- hafen Toulouse Blagnac, seinen Sicherheitspartnern sowie dem für den Bodenbetrieb zuständi- gen Bodenabfertigungsunter- nehmen Groupe 3S ermöglichte eine reibungslose und erfolgrei- che Durchführung der Demons- tration. Die H2AmpCart-Wasserstoffmo- dule von Universal Hydrogen werden außerhalb des Flugha- fens mit grünem Wasserstoff befüllt und unter Nutzung der vorhandenen intermodalen Frachtinfrastruktur an einen Lagerplatz des Flughafens über- führt. Von dort aus werden die Module auf einen Anhänger gela-

den, um sie sicher und effizient zu jedem beliebigen Standort auf dem Flughafen transportiert zu werden. „Da für die Verwirklichung der modularen Wasserstoffbetan- kung keine zusätzliche Infratruk- tur am Flughafen erforderlich ist, sind wir zuversichtlich, dass wir vom sofortigen und kostengüns- tigen Übergang zu echten Null- Emissionen profitieren werden,“ sagte Arnaud Namer, COO von Universal Hydrogen. Universal Hydrogen lud auch un- ter anderem GE Aerospace, Air- bus Ventures, American Airlines, JetBlue Technology Ventures, Toyota Ventures und Mitsubishi Capital ein, die zu den strategi- schen Investoren an dem Ge- samtprojekt zählen. Universal Hydrogen hatte erst im Juli 2022 sein europäisches Entwicklungs- zentrum in Toulouse eröffnet hatte. Dort finden vorrangig die Arbeiten am Umrüstsatz für die ATR 72 statt. In Toulouse-Blag- nac befinden sich sowohl Airbus als auch das Gemeinschaftsun- ternehmen Airbus-Leonardo/- Avions de Transport Régional ( ATR).

Eher zögerlich entstehen weltweit die ersten Elektrolade- stellen auf Flugplätzen. Sie hinken damit den Ladestellen für Kraftfahrzeuge weit hinterher. Doch aufgrund der zum Teil völlig überalterten Flugzeuge, die in den Flugzeughallen schlummern, fehlt es auch an dem Bedarf, den nur ein Her- steller allein nicht generieren kann. Umrüstungen bei klei- nen Flugzeugen sind unwirtschaftlich. Erst bei Flugzeug- neukäufen wird man bei Verfügbarkeit auf die Antriebsart Elektro setzen. Neuflugzeuge, und die werden in erster Linie Kleinflugzeuge mit zwei bis vier Sitzen sein, werden Jahr- zehnte brauchen, alte Bestände zu ersetzen. Solange müs- sen Flugplätze und Flughäfen auch noch zweigleisig fahren.

Foto: Aerovolt

Typische Freiluft-Elektroladestelle von Aerovolt

Was die Engländer für die elektrische Zukunft tun

15.10.2024

Flugschulen sind die verbreitesten Nutzer von Elektroladestellen

Geradezu beispielhaft scheint sich in Großbritannien die Infra- struktur für kleine Elektroflug- zeuge zu entwickeln. Das Lon- doner Unternehmen Aerovolt hat sich vorgenommen, 36 Flugplät- ze und Flughäfen mit Ladestatio- nen auszustatten. 14 davon sind bereits betriebsbereit. Es sind besonders Flugschulen und Pi- pistrel-Vertretungen, die sich für einen beschleunigten Ausbau bemühen. Am Flughafen Fair- oaks in Chobham, südlich von London wurde jüngst eine Pipi- strel Velis stationiert. Mit der pa- rallelen Ladegeräte-Installation wurde der dortige Airport der jüngste seiner Art in Betrieb ge- nommen. Die dortige Flugschule rekrutiert derzeit Berufspiloten und bietet ihnen eine Ausbilder- ausbildung an, um den Schülern das Fliegen in Elektroflugzeugen

beizubringen. Die Mission der British Business and General Aviation Associa- tion (BBGA) besteht darin, Inno- vationen in der allgemeinen Luftfahrt zu fördern und die Ent- wicklung der elektrischen Luft- fahrt zu unterstützen. Bei den meisten der Aerovolt Ladestatio- nen handelt es sich um 22 kW Ladeeinheiten. In Deutschland steckt die Infrastruktur mit Lade- einrichtungen noch absolut in den Kinderschuhen, abgesehen vom ersten Verkehrslandeplatz Kempten, der erst in diesem Jahr eine 22 kW Ladestelle erhielt. Mehr oder weniger hänge das allerdings auch an der Inak- tivität der deutschen Pipistrel- Vertretung. Nach wie vor ist die Velis der einzig zugelassene Elektroflugzeugtyp der Welt.

Elektro-Ladestelle am Flugplatz Kempten-Durach

Erste deutsche Elektro-Ladestelle

Jeder noch so kleine Flugplatz, sofern an ihm Motorflug betrieben wird, wirbt zu-mindest mit einer Tankstelle für Superbenzin oder Avgas 100. Seit 2019 werden serienmäßig zugelassenen Motormaschinen vom Typ Velis betrieben. Doch nicht jeder Flugplatz verfügt über eine Stromversor- gung. Und extra aufgestellte Stromgeneratoren sind nicht selten zu schwach. Sind aber Stromquellen vorhanden, so kann zumindest ein mobiles Ladegerät Abhilfe schaffen.

So dachte man auch bei der Lan- deplatzgesellschaft mbH Kemp- ten-Durach, nachdem auf Mes- sen und Stammtischversamm- lungen im Norden wie im Süden laut darüber nachgedacht wurde, wie man denn eines Tages den Bedarf anfliegender Gastflugzeu- ge von anderen Flugplätzen, die Strom für ihre Batterien benöti- gen und diesen etwa während einer Kaffeepause „nachtanken“ möchten, decken könnte. Kempten-Durach steht damit nicht alleine, weiß Dr. Jürgen Schwahn, Vorsitzender von der Interessengemeinschaft der regi- onalen Flugplätze e.V., zu berich- ten. Sein Verband setzt sich da- für ein, das Thema Infrastruktu- ren der Zukunft an Flugplätzen und Flughäfen auch in der Breite zur Sprache zu bringen und eventuell Vorschläge auch in die Politik zu reichen. Längst be- kennt sich auch die Wirtschaft, dass die General Aviation zur Wertschöpfung der Volkswirt- schaft mit beiträgt. Dazu reichen heutige Infrastrukturen, die sich alleine auf Verbrennungskraft- stoffe fokussiert haben nicht. Doch während andere noch dar- über reden, sich konkret mit den Fakten auseinander zu setzen und zu handeln, haben sich die Landeplatzgesellschaft mit Ge- schäftsführer Konstantin Had- rossek und ideeller Unterstüt- zung durch die Luftsportgruppe Kempten-Durach e.V. Gedanken gemacht, wie man statt eines Baustellen-Verteilers, den man im vergangenen Jahr noch als „Erstlösung“ eingesetzt hatte, etwas professioneller umsetzen könnte. Zusammen mit Elektro- meister Hermann Böving prüfte man die Verfügbarkeit des Stroms, der zum Flugplatzge- lände führt. Ernüchterung kam nach der Prüfung, dass die vor- handenen Kabel nicht mehr als 32 Ampere bzw. 22 kW Dreh- strom aufweisen. Ein Umstand, mit dem sich viele andere Landeplätze auch erst einmal auseinandersetzen müs- sen, wenn sie sich auf die ga- rantiert kommende Elektrofliege-

rei einstellen wollen. Noch pro- blematischer wird es an Plätzen, die über keinerlei elektrische Infrastruktur verfügen, doch des- sen nicht genug. So entstehen an neuerbauten Flughäfen wie der BER in Berlin gigantische Aufgaben durch bau-liche Verän- derungen als auch durch enorme Kosten. Warum? Kleine 10 bis 19-sitzige Commuter-Flugzeuge sollen in Zukunft neue Märkte erschließen und das heißt, dass Erdkabel neu verlegt und die Leistungen im Megawatt-Bereich übertragen werden müssen. Die Firma Sie- mens, einer der Pioniere auf dem Sektor für LKW-, Bus-, Bahn- und Schiffsladetechnik spricht zu- sätzlich von gekühlten Kabeln, die so die Experten aus dem Flugzeugbau, sogar in den Flug- zeugen selbst eingeplant werden müssen. Ganz so weit dachte man in Kempten noch nicht, denn man- gels Finanzen, die der kleine Flugplatz Kempten für professio- nelle Ladesäulen nicht aufbrin- gen konnte, sah man sich ge- zwungen, eine Alternativlösung zu finden, die den Kauf und die Installation einer serienmäßigen Ladestation umgeht. „Einer muss anfangen“, sagte Konstan- tin Hadrossek und ließ mit einem Aufwand von immerhin 13.000 Euro eine Ladestation Marke Ei- genbau von Elektromeister Bö- ving bauen, die vor dem Flug- platz-Cafe installiert wurde. Dazu musste ein Erdkabel verlegt wer- den. Auf einem Betonsockel wur- de ein Verteilerkasten der übli- chen Bauart aus Kunststoff mit verschließbarer Tür installiert, unter dem die Verteilungssys- teme, bestehend aus zwei Ce- kon-Steckdosen und Anschluss- kabel sowie einem EN 62196 Typ2 Stecker mit Kabel und zwei üblichen Schuko-Steckdosen montiert sind. Dazu zwei kleine elektronische Stromzähler. Dies sind zwar eichrechtskonform, doch die Zählerstände müssen noch per Digitalfoto oder Handy- foto zur Abrechnung auf den Tower gebracht werden.

Uwe Nortmann war mit dem Elektra-Trainer der erste Nutznießer

Das soll sich mit einer endgülti- gen Ausbaustufe noch ändern, doch es ist ein Anfang. 400 Volt Wechselstrom liegen am Netz und somit stehen 2 mal 11 kW zur Verfügung. Genug, um zu- mindest eine Pipistrel Velis auf- zuladen. Aber erster offizieller Nutzer war Uwe Nortmann, der gerade von einer ILA-Vorführung aus Berlin kam, um in Kempten- Durach seinen Elektra Trainer am 15.6.2024, dem 2. Kemptener Elektroflugtag aufzuladen. Abge- rechnet wird nach ortsüblichen Tarifen und einem geringfügigen Aufwandskosten-Aufschlag, doch ganz entscheidend ist, dass der Service bereits im AIP aufgeführt ist. Aller Anfang ist schwer und zur Nachahmung empfohlen, solange keine För- dermöglichkeiten bestehen. Um diese ging es am gleichen Tag in einer Sonderkonferenz mit 15 Teilnehmern, um ein Netz- werk aus Bayern, Baden-Würt- temberg und Rheinland-Pfalz aufzubauen. „Eine Elektroflug- strecke für E-Flugzeuge ist eine gute Möglichkeit, um Forschung mit der Realität zu verbinden. Bayern ist hier auf dem besten Weg, die Vorreiterrolle zu über- nehmen“, so Hadrossek weiter. Man verfasse gerade ein Grund-

satzpapier, was nicht nur der bayerischen Staatsregierung überbracht werde, sondern, was auch anderen Ländern als Hilfe dienen und um als Beschleuni- ger wirken kann. Das, was Zu- kunftsforscher Morell Wester- mann mühsam auf seinem Flug von der Schweiz nach Norderney durch eine begleitende Mann- schaft mit mobilem Ladegerät durchführen konnte, soll nun zu- mindest in der ersten Phase zwi- schen den Verkehrslandeplätzen bei einer Etappenweite/Maschen- weite des Ladenetzes von 100 km oder 1 h Flugzeit zwischen einigen Flugplätzen in den ge- nannten Bundesländern möglich sein. Wie es um andere Bundesländer steht, müssen sich Kommunen oder auch private und öffentliche Gesellschaften kümmern, wenn man auch für die Zukunft gerüs- tet sein will. Einige Bundeslän- der, wie z. B. Nordrhein-Westfa- len haben bereits Millionen-Be- träge zur Förderung der E-Flie- gerei bereit bestellt. Besondere Aufgaben werden allerdings an Flughäfen gestellt. Sie müssen in einer weiteren Aufbauphase auch an die Betankungsmöglich- keiten mit gasförmigen oder flüs- sigem Wasserstoff denken.