Clean Sky 2展示了电气化飞机轻量化多功能结构电池的关键集成方面，为后续项目的进一步成熟铺平了道路。

结构电池组电池遵循SOLIFLY研究的两个概念。AIT的增强多层堆叠(RMS，左)和UNIVIE的涂层碳纤维(CCF，右)。来源| Alexander Beutl(左)和Qixiang Jiang(右)

如果你能把电池技术和飞机结构结合起来以减轻重量会怎么样？这是Clean Sky 2的“复合结构功能集成的半固态锂离子电池”(SOLIFLY)项目背后的前提，该项目从2021年1月持续到2023年12月。最近结束的为期3年的项目成功地研究了跨国“结构电池”的可行性，这种电池可用于航空结构，以承载机械负载，同时储存电能。合作伙伴在生产航空级、高强度、多功能复合材料加筋板时展示了这种能力，该加筋板包含20个集成结构电池单元。

清洁航空项目官员Jimmy Tchen说:“在飞机结构中集成电池提高了整体功率密度性能，减轻了重量，从而减少了排放。

为了实现SOLIFLY的目标，项目协调员 AIT奥地利技术研究所有限公司 (维也纳)，与 维也纳大学 (UNIVIE)开发了一种新的结构电化学配方，该配方基于高能材料和安全的半固态结构电解质。据报道，这种电化学配方可扩展，并与航空复合材料和制造工艺兼容，包括在高压釜中固化。开发了两种集成程度不同的单元概念(上图)。

UNIVIE提出的概念使用碳纤维作为集电器，而AIT的概念以机械方式强化电池活性组件，并建立在成熟的电池制造工艺基础上。

此外， 法国航空航天实验室onERA (Palaiseau)开发了固体复合材料层压板的集成概念，使用了一个数值框架，不仅评估并最小化了结构单元对多功能结构机械性能的影响，还评估了损伤的发生；当谈到它们的可认证性时，这是一个重要的方面。还讨论了多功能复合材料的制造，包括在实验室外的环境中处理电池单元，以及实现完全固化的复合材料，同时电池单元仍具有功能。为了展示SOLIFLY技术，我们选择了一种加筋板，因为这是一种标准的高强度飞机部件。SOLIFLY多功能演示器包含20个结构电池，在ONERA使用多种仪器进行了测试。

CustomCells Itzehoe有限公司 (德国Itzehoe)一家专门从事储能的中小企业UNINA( 那不勒斯费德里科第二大学 意大利那不勒斯)和 CIRA，意大利航空航天研究中心 (卡普亚，Utaly)评估了该技术的制造、认证和在飞机层面的潜在升级的可行性。同时，成立了一个工业咨询委员会，由来自 比亚乔航空航天公司 ,  伏翼 ,  FACC 和 达索航空公司 ，在监督项目进展的同时提供意见和指导。

 

结构电化学发展的关键挑战之一是需要创造一种基于热塑性塑料的结构电解质。最初计划的环氧基系统展示了无法在项目时间框架内解决的基本问题。为了在高压釜中制造多功能结构电池碳纤维复合材料，有必要调整固化周期，以保持电池的功能性，同时确保碳纤维仍然完全固化。

 

SOLIFLY的结果虽然仍处于较低的技术成熟度水平(TRL)，但表明在未来的支线和中短程飞机中，使用结构电池有可能储存数百千瓦时的电能。这些结构电池可以为二级负载提供电能，如乘客信息娱乐系统、驾驶舱航空电子设备或更多能源需求系统，包括电子滑行(在不使用拖船或发动机推力的情况下在航站楼登机口或停机位和跑道之间移动飞机)。

 

根据合作伙伴的说法，SOLIFLY甚至可以在减轻重量的情况下，在不影响飞机重心或减少可用体积的情况下，为更小的飞机提供混合电力推进。混合电力推进和电动滑行的实施有可能通过减少燃料燃烧来减少飞机对环境的影响。此外，电子出租车还有减少地面噪音的额外好处，从而改善当地的空气质量和机场内外的社会认可度。

 

AIT电动汽车技术高级研究工程师Helmut Kühnelt博士表示:“我们已经能够证明多功能储能是可行的，同时不会影响航空航天应用的结构要求。“我们现在对这项技术的潜力有了更好的理解，也对未来的研究需求和挑战有了更好的理解。但它们似乎比以前更容易克服。”

 

SOLIFLY已经为后续项目做好了准备 马蒂斯 (也由AIT协调)，由欧洲地平线资助，从2022年9月开始，持续到2025年8月。MATISSE将提高结构电池的多功能性能，将其结构集成扩展到夹层复合材料，通过增加集成传感能力使其变得智能，并研究多功能复合材料结构的冲击载荷。该项目还将在伏翼鹨的多功能翼尖上全面展示这项技术 Velis电子公司 轻型飞机，目标是在项目结束时达到TRL4。

 

此外，AIT还获得了美国空军欧洲航空航天研究与发展办公室的研究资助，以提高航空结构电池的多功能性能和寿命。该项目将持续到2025年11月。