新型碳纤维结构超级电容器有望让无人机“机身即电池”

 

随着我国“双碳”目标推进，无人机已广泛应用于机场巡查、城市配送等领域。当前的主流无人机机身采用航空级碳纤维复合材料，密度仅为钢的1/4，强度却是钢的7倍，能最大程度减重。然而，传统的电池系统却成了减重的“绊脚石”。

据计算，一架载重5公斤的物流无人机，电池重量就达到3公斤，同时还需要增加0.5公斤配重保持平衡。一些企业为了让无人机能够多飞5公里，不得不减少1公斤货载。这种不得已的“取舍”让很多企业陷入两难。

在一次国际会议上，朱孔军接触到“结构储能一体化”概念，灵光一闪：“能不能让机身结构本身储能？”此后，他便带领学生着手研发碳纤维结构超级电容器。

 

在朱孔军指导下，南京航空航天大学2023级硕士生周恒将碳纤维电极和环氧树脂基固体电解质相结合，尝试做成“能承重的储能器件”，历经近百次试验后，终于做出了达标样品。“还原氧化石墨烯像‘电流高速公路’，让电传得快；钒氧化物像‘能量仓库’，能存更多电。”朱孔军表示，“一层薄薄的涂层，就有望让碳纤维储电量提升数倍。”

“普通储能设备受压后储电量会下降，我们的反而更好。”周恒解释，材料受压时结合更紧密，电传输更顺畅。更难得的是，该材料还具有抗损坏能力，用刀片划口子、用钻头钻孔后仍能进行工作。此外，它们还可以像搭积木一样，根据实际需求进行灵活组合：需要更高电压时就串联，需要更大容量时就并联。