南京航空航天大学研发新型超级电容器，为无人机续航与载重难题提供新解
南京航空航天大学朱孔军教授团队近日研发出一种新型碳纤维结构超级电容器，有望实现“机身即电池”的构想，为突破无人机在续航与载重之间的矛盾提供了全新的技术路径。相关研究成果已发表于《先进材料》期刊。
近年来，随着我国“双碳”目标的持续推进，无人机已在多个行业得到广泛应用，包括机场巡检、城市物流配送等领域。目前主流无人机普遍采用航空级碳纤维复合材料制造机身，其密度仅为钢材的四分之一，强度却是钢材的七倍，极大地降低了设备重量。
然而，传统电池系统的重量却成为进一步轻量化的主要瓶颈。以载重5公斤的物流无人机为例，其电池重量往往达到3公斤，还需额外增加0.5公斤的配重以维持飞行平衡。为了增加5公里航程，一些企业不得不牺牲1公斤的有效载荷。这种取舍在实际应用中已带来不小困扰。
朱孔军教授在一次国际学术会议上了解到“结构储能一体化”的概念后，受到启发，提出一个全新构想：“是否可以让机身结构本身具备储能功能？”随后，他带领团队开始研发一种具备承重能力的碳纤维结构超级电容器。
在朱孔军的指导下，南京航空航天大学2023级硕士研究生周恒将碳纤维电极与环氧树脂基固体电解质结合，尝试制造一种具备储能能力的结构材料。经过近百次实验，团队最终成功制备出性能达标的样品。朱孔军解释道：“还原氧化石墨烯如同‘电流高速公路’，提升了导电效率；而钒氧化物则相当于‘能量仓库’，显著增强了能量存储能力。仅在碳纤维表面进行薄层涂覆，即可实现储电量数倍于传统材料。”
“与传统储能器件不同，我们的材料在受压后反而表现出更优的性能。”周恒指出，材料在承受压力时结合更加紧密，电荷传输效率随之提升。此外，该材料还具有良好的抗损伤能力，即使被刀片划破或钻孔，仍能保持正常工作状态。更值得称道的是，该结构材料可像积木一般灵活组合：串联以提高输出电压，并联以增强储能容量。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202514323
（原标题为《南京航空航天大学新型超级电容器有望让无人机“机身即电池”》）