Flow-Batteriesysteme Neuartiges Energiespeicherkonzept für die Raumfahrt

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Wie können ressourceneffiziente Innovationen für nachhaltige Infrastrukturen im Weltraum und auf der Erde aussehen? Diese Frage stellte die Deutsche Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ins Zentrum ihrer Challenge beim diesjährigen „INNOspace Masters“.

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Jan Girschik erzielt mit »SpaceFlow« beim europaweiten Innovationswettbewerb »INNOspace Masters« einen dritten Platz.
Jan Girschik erzielt mit »SpaceFlow« beim europaweiten Innovationswettbewerb »INNOspace Masters« einen dritten Platz.
(Bild: Fraunhofer UMSICHT)

Jan Girschik entwickelte ein besonders bauraumeffizientes Flow-Batteriesystem für Satelliten und Raumstationen, dessen Funktionalität über die reine Energiespeicherung hinausreicht. Der Name: „SpaceFlow“. Mit diesem neuartigen Energiespeicherkonzept erzielte der Wissenschaftler des Fraunhofer UMSICHT einen dritten Platz bei dem europaweiten Innovationswettbewerb.

Solarkraft im unterliegt steten Schwankungen

Für die Energieversorgung von Raumflugkörpern wird in erster Linie Solarkraft genutzt, deren Umsetzung jedoch infolge von Rotations- und Orbitalbewegungen steten Schwankungen unterliegt. Um auch in Dunkelphasen ausreichend Energie für den Technikbetrieb, die Aufrechterhaltung von wissenschaftlichen Versuchsreihen sowie lebenserhaltende Maßnahmen zur Verfügung zu haben, kamen über die Jahre verschiedene Batteriearten wie Nickel-Wasserstoff- oder Nickel-Cadmium-Batterien als Pufferspeicher zum Einsatz.

Höchste Lebensdauer und Betriebssicherheit

„Aufgrund der isolierten Einsatzorte müssen Energiespeicher für Raumfahrtanwendungen eine besonders hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit aufweisen, um ressourcenintensive Austauschmissionen sowie Gefahren für Mensch und Technik reduzieren zu können“, so Jan Girschik. Da die bis dato in der Raumfahrt eingesetzten Batteriesysteme in diesen Bereichen jedoch teils signifikante Defizite aufweisen, möchte der UMSICHT-Wissenschaftler mit seinem Konzept der zukunftsträchtigen, besonders sicheren und langlebigen Flow-Batterietechnologie den Weg in die Raumfahrt ebnen.

Energiespeichersystem mit theoretisch unbegrenzter Zyklenfestigkeit

Das von ihm entwickelte Energiespeicherkonzept „SpaceFlow“ bietet eine sehr hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer sowie theoretisch unbegrenzte Zyklenfestigkeit. Es basiert auf der bauraumeffizienten Integration von druckstabilen und dennoch flexiblen Flow-Batteriezellen in die Stützkonstruktion von Raumflugkörpern. Jan Girschik: „Auf diese Weise können neben der Energiespeicherung als Primäraufgabe auch weitere Funktionen, wie die mechanische Versteifung der Module, die Unterstützung des Thermomanagements oder die Absorbierung von Strahlung, realisiert werden.“ Im Rahmen eines bald startenden Forschungsprojektes möchte er diesen Ansatz nun weiterentwickeln und mit speziellen Metallschaumelektroden sowie Zellchemien mit hohen Energiedichten wie Zink-Polyiodid Prototypen des neuen Konzeptes herstellen und testen.

Der Innovationswettbewerb „INNOspace Masters“

„INNOspace Masters“ ist ein Wettbewerb für alle, die sich den aktuellen Herausforderungen der Raumfahrtbranche stellen – egal, ob Unternehmen, KMU, Start-up, Forschungseinrichtung, Team oder Einzelperson. Gesucht werden neue Technologien und Konzepte, die für oder aus der Raumfahrtbranche heraus entwickelt und mit Hilfe von Partnern wie Airbus, DLR oder der Europäischen Weltraumorganisation ESA zur Marktreife gebracht werden. Dabei können sowohl bereits bestehende Technologien aus der Weltraumindustrie in andere Branchen übertragen als auch Ansätze aus diesen für die Raumfahrt adaptiert werden.

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