在此背景下,RE-CELL项目致力于开发基于再生碳纤维的新一代超级电容器和结构电池,这些电池能够在储存能量的同时,成为飞机结构的一部分。

该项目由SOFITEC协调,并由AIMPLAS、塑料技术研究所和I2CON参与,旨在通过使用兼具机械性能和储能能力的多功能材料,实现航空部件设计的范式转变。

交通运输电气化是减少二氧化碳排放的关键,但在航空领域,由于电池的重量和能量密度,电气化面临着巨大的限制。RE-CELL项目通过开发能够储存能量的结构复合材料来应对这一挑战,从而省去独立系统,优化飞机的整体重量。

“航空电气化的主要挑战不仅在于储存更多能量,还在于如何在不增加重量的情况下做到这一点。结构电池恰好可以实现这一点:使部件本身能够同时发挥结构和储能的双重功能,” SOFITEC研发工程师Esteban Castro解释道。这些解决方案最初将面向非关键应用,例如客舱照明系统,为未来更广泛的应用奠定基础。

该项目的一大特色是利用回收碳纤维作为开发这些新材料的基础。这一策略不仅有助于减少复合材料密集型行业的浪费,还能推动航空航天业向循环经济模式迈进。

“在RE-CELL项目中,我们不仅在寻找更高效的新材料,也在寻找更可持续的材料。我们致力于赋予碳纤维第二次生命,并将其转化为航空航天等高要求应用领域的高附加值资源,” AIMPLAS可持续与未来交通研究员费尔南多·拉莫斯强调说。为此,该项目正在开发先进的纤维回收和处理工艺,以及将其集成到能够同时提供结构和电化学性能的聚合物基体中。

该项目不仅致力于开发新型材料,还着力解决迄今为止限制结构电池实际应用的一些主要科学挑战,例如功能性固体电解质的开发、再生纤维的多样性以及机械和电化学性能组合行为的复杂性。

“该项目的主要进展之一是将之前分别研究的现象(例如离子传导和材料的机械性能)统一起来进行研究。这种集成方法是实现向实际应用飞跃的关键,” I2CON 计算建模与仿真研究员 Florin Ardelean 表示。为了应对这些挑战,该联盟结合了材料设计、多物理场建模和实验验证,使这项技术更接近工业应用。

在全尺寸航空验证机中进行验证
该项目最终将制造并验证一个全尺寸验证机,该验证机将集成到与飞机起落架相连的部件中。这一步骤将使该技术能够在典型条件下进行性能测试,并推进其未来的产业化进程。 “开发实际应用验证模型至关重要,这不仅能验证材料本身,还能验证其加工工艺以及在航空航天工业环境中的集成应用,”SOFITEC研发工程师Esteban Castro强调说。RE

-CELL项目是2023年公私合作计划的一部分,该计划由西班牙研究署(AEI)资助,并由欧盟共同出资。通过这项计划,该项目致力于开发基于回收材料的航空航天应用新解决方案。AIMPLAS公司将其在回收利用、聚合物材料开发和先进复合材料制造方面的专业知识带入该项目。I2CON公司负责开发用于解决方案设计和优化的数值模型,而SOFITEC公司则负责推动工业验证。

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