Photovoltaik und Flow-Batterien für Raumfahrt und Satelliten

Eine Satelitt mit Solarzellen im AllFoto: stock.adobe.com / Andrey Armyagov
Um die Energieversorgung im All zu sichern, brauchen Satelliten und Raumfahrzeuge Batterien. Gesucht sind neue effiziente Batterietechnologien.
Ein Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts Umsicht hat für seine Idee einer ressourcenarmen und platzsparenden Batterie für die Raumfahrt eine Auszeichnung der InnoSpace Masters des DLR erhalten.

Mit Photovoltaik und Flow-Batterien Raumfahrt und Satelliten ressourcenschonend mit Energie zu versorgen. Dieser Idee hat sich Jan Girschik vom Fraunhofer-Institut Umsicht gewidmet. Er entwickelte mit »SpaceFlow« ein besonders bauraumeffizientes Flow-Batteriesystem für Satelliten und Raumstationen. Dessen Funktionalität geht aber über die reine Energiespeicherung hinausreicht. Mit dem neuartigen Energiespeicherkonzept erzielte der Wissenschaftler einen dritten Platz bei dem europaweiten Innovationswettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) »INNOspace Masters«

Wie Fraunhofer Umsicht mitteilte, nutzen Raumflugkörper zur Energieversorgung in erster Linie Photovoltaik. Diese sei jedoch infolge von Rotations- und Orbitalbewegungen steten Schwankungen ausgesetzt. Über die Jahre kamen verschiedene Batteriearten wie Nickel-Wasserstoff- oder Nickel-Cadmium-Batterien als Pufferspeicher zum Einsatz. Ihre Aufgabe ist, auch in Dunkelphasen ausreichend Energie bereitzustellen. Denn diese ist nötig für den Technikbetrieb, die Aufrechterhaltung von wissenschaftlichen Versuchsreihen sowie lebenserhaltende Maßnahmen.

Flow-Batterien langlebig und sicher

»Aufgrund der isolierten Einsatzorte müssen Energiespeicher für Raumfahrtanwendungen eine besonders hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit aufweisen«, so Jan Girschik. Das sei wichtig, um ressourcenintensive Austauschmissionen sowie Gefahren für Mensch und Technik reduzieren zu können.

Doch die bis dato in der Raumfahrt eingesetzten Batteriesysteme wiesen in diesen Bereichen jedoch teils signifikante Defizite auf. Dem möchte Girschik mit seinem Konzept der sicheren und langlebigen Flow-Batterietechnologie begegnen und ihnen den Weg in die Raumfahrt ebnen.

Aufgaben abseits der Energieversorgung

Das von ihm entwickelte Energiespeicherkonzept »SpaceFlow« basiert auf der bauraumeffizienten Integration von druckstabilen und dennoch flexiblen Flow-Batteriezellen in die Stützkonstruktion von Raumflugkörpern. Auf diese Weise ließen sich neben der Energiespeicherung als Primäraufgabe auch weitere Funktionen realisieren. Dazu zählen die mechanische Versteifung der Module, die Unterstützung des Thermomanagements und die Absorbierung von Strahlung. 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.

»INNOspace Masters« ist ein Wettbewerb für alle, die sich den aktuellen Herausforderungen der Raumfahrtbranche stellen. Es geht um 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.

30.7.2021 | Quelle: Fraunhofer Umsicht | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH

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