Strukturkonforme Integration von Energiespeichern

Abstract

Die Ökonomisierung der Luft- und Raumfahrttechnik fordert die Ausschöpfung aller technischen Möglichkeiten. Ein bedeutendes Zielkriterium ist die Gewichtsminimierung, welche durch den Einsatz multifunktionaler Bauteile erreicht werden soll. Eine Möglichkeit besteht darin Energie-speicher mit der tragenden Struktur zu verbinden. Bei der Strukturintegration von Energiespeichern haben Festkörperelektrolyte eine besondere Bedeutung, da Systeme mit Flüssigkeiten kaum Kräfte übertragen können. In vorangehenden Arbeiten wurde der Festkörperelektrolyt LATP in eine Epoxidharzmatrix integriert. Eine gesputter-te Goldschicht diente als Elektrode des Kondensators und ermöglichte eine verlustarme Kontak-tierung. Zur Erhöhung der Kapazität, Herstellung einer haltbareren Kontaktierung und Steigerung der mechanischen Stabilität strukturintegrierter Superkondensatoren wurden mehrwandigen Kohlen-stoffnanoröhren (MWCNT) in LATP-Keramiken eingebracht. Cyclovoltammetrische Untersuchun-gen (CV) zeigten für Multischicht-Keramiken mit LATP+CNT|LATP|LATP+CNT-Sandwichaufbau eine steigende Kapazität mit zunehmendem MWCNT-Gehalt. Chronopotentiometrische Messun-gen (CP) belegten eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der MWCNT-haltigen Keramiken mit zunehmendem Füllgrad. Ab 4 % lag der spezifische Widerstand unter 106 Ω*mm²/m, was eine verlustarme Kontaktierung ohne Goldschicht ermöglicht. Der klassische Zugversuch sowie ein Kopfzugversuch von MWCNT-haltigen LATP-Keramiken in Epoxidharz zeigte eine Verbesserung der Stabilität bis 3 % MWCNT-Anteil und eine Versprödung des Materials ab 4 %. Die Modifikation der MWCNT in den Keramiken mit Epoxy-Silanen konnte erfolgreich durchgeführt werden und wurde schwingungsspektroskopisch (FTIR) und durch Kon-taktwinkelmessungen (KWM) belegt. Eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften brach-te die Silanisierung nicht.