Clean Sky 2展示了電氣化飛機輕量化多功能結構電池的關鍵集成方面，為后續項目的進一步成熟鋪平了道路。

結構電池組電池遵循SOLIFLY研究的兩個概念。AIT的增強多層堆疊(RMS，左)和UNIVIE的涂層碳纖維(CCF，右)。來源| Alexander Beutl(左)和Qixiang Jiang(右)

如果你能把電池技術和飛機結構結合起來以減輕重量會怎么樣？這是Clean Sky 2的“復合結構功能集成的半固態鋰離子電池”(SOLIFLY)項目背后的前提，該項目從2021年1月持續到2023年12月。最近結束的為期3年的項目成功地研究了跨國“結構電池”的可行性，這種電池可用于航空結構，以承載機械負載，同時儲存電能。合作伙伴在生產航空級、高強度、多功能復合材料加筋板時展示了這種能力，該加筋板包含20個集成結構電池單元。

清潔航空項目官員Jimmy Tchen說:“在飛機結構中集成電池提高了整體功率密度性能，減輕了重量，從而減少了排放。

為了實現SOLIFLY的目標，項目協調員 AIT奧地利技術研究所有限公司 (維也納)，與 維也納大學 (UNIVIE)開發了一種新的結構電化學配方，該配方基于高能材料和安全的半固態結構電解質。據報道，這種電化學配方可擴展，并與航空復合材料和制造工藝兼容，包括在高壓釜中固化。開發了兩種集成程度不同的單元概念(上圖)。

UNIVIE提出的概念使用碳纖維作為集電器，而AIT的概念以機械方式強化電池活性組件，并建立在成熟的電池制造工藝基礎上。

此外， 法國航空航天實驗室onERA (Palaiseau)開發了固體復合材料層壓板的集成概念，使用了一個數值框架，不僅評估并最小化了結構單元對多功能結構機械性能的影響，還評估了損傷的發生；當談到它們的可認證性時，這是一個重要的方面。還討論了多功能復合材料的制造，包括在實驗室外的環境中處理電池單元，以及實現完全固化的復合材料，同時電池單元仍具有功能。為了展示SOLIFLY技術，我們選擇了一種加筋板，因為這是一種標準的高強度飛機部件。SOLIFLY多功能演示器包含20個結構電池，在ONERA使用多種儀器進行了測試。

CustomCells Itzehoe有限公司 (德國Itzehoe)一家專門從事儲能的中小企業UNINA( 那不勒斯費德里科第二大學 意大利那不勒斯)和 CIRA，意大利航空航天研究中心 (卡普亞，Utaly)評估了該技術的制造、認證和在飛機層面的潛在升級的可行性。同時，成立了一個工業咨詢委員會，由來自 比亞喬航空航天公司 ,  伏翼 ,  FACC 和 達索航空公司 ，在監督項目進展的同時提供意見和指導。

 

結構電化學發展的關鍵挑戰之一是需要創造一種基于熱塑性塑料的結構電解質。最初計劃的環氧基系統展示了無法在項目時間框架內解決的基本問題。為了在高壓釜中制造多功能結構電池碳纖維復合材料，有必要調整固化周期，以保持電池的功能性，同時確保碳纖維仍然完全固化。

 

SOLIFLY的結果雖然仍處于較低的技術成熟度水平(TRL)，但表明在未來的支線和中短程飛機中，使用結構電池有可能儲存數百千瓦時的電能。這些結構電池可以為二級負載提供電能，如乘客信息娛樂系統、駕駛艙航空電子設備或更多能源需求系統，包括電子滑行(在不使用拖船或發動機推力的情況下在航站樓登機口或停機位和跑道之間移動飛機)。

 

根據合作伙伴的說法，SOLIFLY甚至可以在減輕重量的情況下，在不影響飛機重心或減少可用體積的情況下，為更小的飛機提供混合電力推進。混合電力推進和電動滑行的實施有可能通過減少燃料燃燒來減少飛機對環境的影響。此外，電子出租車還有減少地面噪音的額外好處，從而改善當地的空氣質量和機場內外的社會認可度。

 

AIT電動汽車技術高級研究工程師Helmut Kühnelt博士表示:“我們已經能夠證明多功能儲能是可行的，同時不會影響航空航天應用的結構要求。“我們現在對這項技術的潛力有了更好的理解，也對未來的研究需求和挑戰有了更好的理解。但它們似乎比以前更容易克服。”

 

SOLIFLY已經為后續項目做好了準備 馬蒂斯 (也由AIT協調)，由歐洲地平線資助，從2022年9月開始，持續到2025年8月。MATISSE將提高結構電池的多功能性能，將其結構集成擴展到夾層復合材料，通過增加集成傳感能力使其變得智能，并研究多功能復合材料結構的沖擊載荷。該項目還將在伏翼鷚的多功能翼尖上全面展示這項技術 Velis電子公司 輕型飛機，目標是在項目結束時達到TRL4。

 

此外，AIT還獲得了美國空軍歐洲航空航天研究與發展辦公室的研究資助，以提高航空結構電池的多功能性能和壽命。該項目將持續到2025年11月。