Integration von Datenübertragung und von Speicherfunktionen für elektrische Energie in Faserverbundmaterialien

// Automotive // Informations- und Kommunikationstechnik // Luft- und Raumfahrt // Smart Materials
Ref-Nr: 16557

Einleitung / Abstract

Die Erfindung betrifft tragende Strukturen aus Faserverbundmaterialien mit integrierten Funktionen zur Datenübertragung und zur Speicherung elektrischer Energie. Die Technologie ist insbesondere geeignet für die Produktion von Bauteilen aus Faserverbundkunststoffen mit integrierten Funktionen der Datenübertragung und elektrischen Energiespeicherung.

Abbildung 1: Verbund Querschnitt

Hintergrund

Für den Bau tragender Strukturen werden zunehmend Faserverbundwerkstoffe eingesetzt, die hinsichtlich Ihrer Masse deutliche Vorteile gegenüber Metallbauweisen haben. Faserverbunde bestehen aus Fasermaterial, welches wegen seiner Webart gleichmäßig verteilte faserfreie Bereiche aufweist, und einem Matrixpolymer, das zum Füllen der faserfreien Bereiche genutzt wird.

Problemstellung

Faserverbundstrukturen sollen hinsichtlich der Komplexität und der Funktionalität optimiert werden, sodass die faserfreien Bereiche sinnvoll genutzt werden können.

Lösung

Durch die Erfindung sollen Bauteile aus Faserverbundmaterialien um die Funktion der Datenübertragung und elektrischen Energiespeicherung erweitert werden. Hierfür wird ein Teil der Matrix durch Aktivmaterial der Anode und Kathode, Feststoffelektrolyt und Leitfähigkeitsadditiv auf nanoskaliger Ebene ersetzt. Diese Materialien sorgen für die Speicherfunktion sowie den Elektronen- und Ionentransport. Für den Elektronentransport während der Lade- und Entladevorgänge wird die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstofffasern ausgenutzt. Um Anode und Kathode bzgl. ihres elektrischen Potenzials voneinander zu trennen, liegt zwischen zwei Schichten aus Kohlenstofffaserlaminat eine dünne Separationsschicht aus einem mechanisch hoch beanspruchbaren Glasfaserhalbzeug mit entsprechender Funktionalisierung für guten Ionentransport. Einzelne Glasfasern dieser Lage übernehmen die Funktion der Datenleitung. Zum Schutz der feuchtigkeitsempfindlichen Aktivmaterialien ist eine dampfdichte und elektrisch isolierende Grenzschicht auf der Bauteiloberfläche vorgesehen.

Vorteile

Massen- und volumeneffiziente Bauteile Reduzierung der Komplexität des Gesamtsystems durch Funktionsintegration Möglichkeit zur lokalen Entnahme von Energie und Daten

Anwendungsbereiche

Angewendet werden kann die Erfindung beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Transportwesen und in der Automobilindustrie sowie bspw. für Elektrofahrräder, Wearables und in der Unterhaltungselektronik.

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