近日，南京航空航天大學(xué)“00后”科研小將——周恒，在國際頂刊《Advanced Materials》發(fā)表成果——研發(fā)的新型碳纖維結(jié)構(gòu)超級電容器，讓無人機(jī)“機(jī)身即電池”成為可能，未來有望解決無人機(jī)“載重”與“續(xù)航”之間的矛盾，為蓬勃發(fā)展的低空經(jīng)濟(jì)注入強(qiáng)勁動力。
無人機(jī)，特別是用于貨運(yùn)、應(yīng)急救援乃至載人的大型無人機(jī)，面臨著“載不重，飛不遠(yuǎn)”的發(fā)展瓶頸。傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)就像一塊沉重的“絆腳石”，限制了無人機(jī)在更多場景下的應(yīng)用潛力。如何才能跑得遠(yuǎn)、跑的快，還能保持長續(xù)航呢？這樣的愿景，正在南航的航空航天結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制全國重點(diǎn)實(shí)驗里逐步走向現(xiàn)實(shí)。
隨著國家“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，當(dāng)前的主流無人機(jī)機(jī)身采用航空級碳纖維復(fù)合材料。南航碩士研究生周恒的研究，從根本上改變了傳統(tǒng)在“螺螄殼里做道場”的思路——讓機(jī)身的碳纖維骨架成為儲能的一部分。“我們在碳纖維表面上負(fù)載了一層電極材料，這個氧化釩材料的多價態(tài)和高比容量，再加上與還原氧化石墨烯兩者之間的協(xié)同效應(yīng)，使得它具有儲能能力，從而賦予這個碳纖維結(jié)構(gòu)件儲能能力。”周恒解釋。
還原氧化石墨烯像“電流高速公路”，讓電傳得快；釩氧化物像“能量倉庫”，存入更多電。一層薄薄的涂層，有望讓碳纖維儲電量提升數(shù)倍。這意味著，未來的無人機(jī)機(jī)翼、機(jī)身將不再只是支撐結(jié)構(gòu)的“骨架”，更可以成為儲能供電的“電池”。周恒導(dǎo)師、南航朱孔軍教授舉例說：“拿這個峰飛科技的‘盛世龍’來講，1600公斤的碳纖維復(fù)合材料機(jī)體，電池如果能達(dá)到50瓦時每公斤，也就是磷酸鐵鋰電池的三分之一，那就足以替代原來的600公斤電池。這筆省下來的重量是不得了的經(jīng)濟(jì)賬。”
與目前普遍使用的鋰電池相比，超級電容器還具備更強(qiáng)的“抗壓體質(zhì)”，在承壓、拉伸工況條件下，還可以保持穩(wěn)定的電化學(xué)性能。朱孔軍教授表示，這款超級電容器功率密度高且安全性好，為低空飛行增添了重要保障，不止可用于無人機(jī)，未來，在衛(wèi)星太陽能電池板支架、大飛機(jī)艙壁等都有望實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，“我們這個技術(shù)本身就是一個航空航天的新方向，有一定的應(yīng)用前景。目前我們只是做了一個開拓，無人機(jī)的市場會有更多科研工作人員投入進(jìn)來，帶動研究方向的發(fā)展，支撐產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。”（江蘇新聞廣播 記者/顧倩穎）
