南京航空航太大學教授朱孔軍團隊研發的新型碳纖維結構超級電容器有望讓無人機“機身即電池”，為破解無人機“續航載重不可兼得”的困局提供全新思路。近日，相關研究成果發表於《先進材料》。

隨著我國“雙碳”目標推進，無人機已廣泛應用於機場巡查、城市配送等領域。當前的主流無人機機身採用航空級碳纖維複合材料，密度僅為鋼的1/4，強度卻是鋼的7倍，能最大程度減重。然而，傳統的電池系統卻成了減重的“絆腳石”。

據計算，一架載重5公斤的物流無人機，電池重量就達到3公斤，同時還需要增加0.5公斤配重保持平衡。一些企業為了讓無人機能夠多飛5公里，不得不減少1公斤貨載。這種不得已的“取捨”讓很多企業陷入兩難。

在一次國際會議上，朱孔軍接觸到“結構儲能一體化”概念，靈光一閃：“能不能讓機身結構本身儲能？”此後，他便帶領學生著手研發碳纖維結構超級電容器。

在朱孔軍指導下，南京航空航太大學2023級碩士生周恒將碳纖維電極和環氧樹脂基固體電解質相結合，嘗試做成“能承重的儲能器件”，歷經近百次試驗後，終於做出了達標樣品。“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’，能存更多電。”朱孔軍表示，“一層薄薄的塗層，就有望讓碳纖維儲電量提升數倍。”

“普通儲能設備受壓後儲電量會下降，我們的反而更好。”周恒解釋，材料受壓時結合更緊密，電傳輸更順暢。更難得的是，該材料還具有抗損壞能力，用刀片劃口子、用鑽頭鑽孔後仍能進行工作。此外，它們還可以像搭積木一樣，根據實際需求進行靈活組合：需要更高電壓時就串聯，需要更大容量時就並聯。

來源：中國科學報