南航突破性研究：碳纤维变身“电池”，无人机续航难题迎来转机

南京航空航天大学朱孔军教授团队近日取得突破性研究成果，他们研发的新型碳纤维结构超级电容器有望实现无人机“机身即电池”，为长期困扰行业的“续航与载重不可兼得”难题提供了全新解决方案。

这项发表于国际权威期刊《先进材料》的研究，将碳纤维电极和环氧树脂基固体电解质创新结合，成功制造出既能承重又能储能的复合材料，打开了“结构储能一体化”的新天地。

01 行业痛点：电池成了“甜蜜的负担”

随着“双碳”目标推进，无人机已在机场巡查、城市配送等领域大显身手。航空级碳纤维复合材料的广泛应用，让机身重量大幅减轻——其密度仅为钢的1/4，强度却是钢的7倍。

然而，传统电池系统始终是减重路上的“绊脚石”。

一组令人深思的数据揭示了行业的尴尬境地：一架载重5公斤的物流无人机，电池重量就高达3公斤，同时还需要增加0.5公斤配重保持平衡。为延长5公里续航，许多企业不得不选择减少1公斤货载。

这种无奈的“取舍”让整个行业陷入两难。

02 灵感闪现：让机身结构本身储能 转机来自一次国际会议。朱孔军教授接触到“结构储能一体化”概念时灵光一闪：“能不能让机身结构本身储能？”

这个看似简单的想法，开启了一段艰难的科研攻关。在朱孔军指导下，南京航空航天大学2023级硕士生周恒开始了将碳纤维电极和环氧树脂基固体电解质结合的实验。

“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。”朱孔军教授形象地解释道，“一层薄薄的涂层，就有望让碳纤维储电量提升数倍。”

03 突破创新：压力之下表现更优 经过近百次试验，团队终于研制出达标样品。令人惊喜的是，这种新材料展现出非凡特性。

“普通储能设备受压后储电量会下降，我们的反而更好。”周恒解释道，材料受压时结合更紧密，电传输更顺畅，实现了结构强度与储能性能的完美统一。

更难得的是，该材料还具有卓越的抗损坏能力——用刀片划口子、用钻头钻孔后仍能正常工作，完全满足航空器对安全性的苛刻要求。

此外，这些超级电容器可以像搭积木一样灵活组合：需要更高电压时就串联，需要更大容量时就并联，为不同应用场景提供了高度适应性。