SOLIFLY项目证明了复合多功能能量存储在飞机结构内的可行性

如果可以将电池技术与飞机结构结合起来以减轻重量，会怎么样？这就是 Clean Sky 2 的“功能集成在复合结构中的半固态锂离子电池”（SOLIFLY）项目的前提，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载荷，同时储存电能。合作伙伴在生产航空级、高强度、多功能复合加固面板时展示了这种能力，该面板包含 20 个集成结构电池单元。

清洁航空项目官员 Jimmy Tchen 表示：“将电池集成到飞机结构中可以提高整体功率密度性能，减轻重量，从而减少排放。”

为了实现 SOLIFLY 的目标，项目协调人 AIT 奥地利技术研究所有限公司 (维也纳) 与 维也纳大学 (UNIVIE) 合作开发了一种基于高能材料和安全的半固体结构电解质的新型结构电化学配方。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。开发了两种具有不同集成度的电池概念（上图）。

UNIVIE 提出的概念是使用碳纤维作为集电器，而 AIT 的概念则是从机械上强化了电池活性组件，并以成熟的电池制造工艺为基础。

此外， 法国航空航天实验室 (Palaiseau) ONERA 使用数值框架开发了固体复合材料层压板的集成概念，该框架不仅评估并尽量减少结构单元对多功能结构机械性能的影响，而且还评估了损坏的发生；这是可认证性的一个重要方面。还讨论了多功能复合材料的制造，包括在实验室外环境中处理电池单元以及如何实现完全固化且电池单元仍可正常工作的复合材料。为了展示 SOLIFLY 技术，选择了加强面板，因为它是标准的高强度飞机部件。ONERA 使用多种仪器对包含 20 个结构电池单元的 SOLIFLY 多功能演示器进行了测试。

CustomCells Itzehoe GmbH  （德国伊策霍）是一家专门从事能源存储的中小企业，UNINA（意大利那不勒斯费德里科 二世大学）和意大利航空航天研究中心 CIRA  （意大利卡普阿）评估了该技术在飞机层面的制造、认证和升级潜力的可行性。同时，由 比亚乔航空航天、  PIPISTREL、  FACC 和 达索航空的专家组成的工业咨询委员会在监控项目进展的同时提供了意见和指导。

结构电化学发展中面临的一个关键挑战是需要制造一种热塑性结构电解质。最初计划采用的环氧树脂基系统存在一些根本问题，无法在项目期限内解决。为了在高压釜中制造多功能结构电池碳纤维复合材料，必须调整固化周期，以保持电池单元的功能，同时确保碳纤维仍完全固化。

SOLIFLY 的结果虽然仍处于较低的技术成熟度 (TRL)，但表明未来区域和短程/中程飞机中可以使用结构电池储存数百千瓦时的电能。这些结构电池可以为次要负载提供电能，例如乘客信息娱乐系统、驾驶舱航空电子设备或更耗能的系统，包括电子滑行（在不使用牵引机或发动机推力的情况下将飞机在航站楼登机口或停机位与跑道之间移动）。

据合作伙伴介绍，SOLIFLY 甚至可以为小型飞机的混合动力推进做出贡献，减轻重量，而不会影响飞机的重心或减少可用体积。混合动力推进和电子滑行的实施有可能通过减少燃料消耗来减少飞机对环境的影响。此外，电子滑行还具有减少地面噪音的额外好处，从而改善机场内外的当地空气质量和社会接受度。

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，而且不会损害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了解，也对研究需求和未来的挑战有了更好的了解。但它们似乎比以前更容易克服。”

SOLIFLY 为后续项目 MATISSE  （同样由 AIT 协调）奠定了基础，该项目由“地平线欧洲”计划资助，于 2022 年 9 月启动，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，通过添加集成传感功能使其变得智能，并研究多功能复合结构的冲击载荷。该项目还将在 PIPISTREL Velis Electro轻型飞机的多功能翼尖上全面展示该技术，旨在项目结束时实现 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一项研究资助，用于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。