南京航空航天大学研发新型超级电容器，推动无人机“结构即能源”变革
南京航空航天大学朱孔军教授团队近期成功开发了一种基于碳纤维结构的超级电容器，有望实现无人机“机身即电池”的构想。这项技术突破为解决当前无人机在续航与载重之间的矛盾提供了全新路径。相关成果已于近期发表在国际权威期刊《先进材料》上。
近年来，随着我国“双碳”战略的深入实施，无人机在诸如机场巡检、城市物流配送等领域的应用日益广泛。现阶段，大多数无人机机身采用航空级碳纤维复合材料制造，这种材料不仅密度仅为钢材的四分之一，其强度却高达钢的七倍，极大有利于减轻整体重量。
然而，传统电池系统却成为限制无人机进一步轻量化的主要瓶颈。以一款载重5公斤的物流无人机为例，其电池重量往往达到3公斤，同时还需额外增加0.5公斤的配重以维持飞行平衡。为了实现多飞5公里的目标，部分企业甚至被迫削减1公斤的有效载荷，这种权衡导致行业面临严峻挑战。
朱孔军教授在一次国际学术交流中接触到“结构储能一体化”的概念后，受到启发，萌生出“能否让无人机机身本身具备储能功能？”的设想。随后，他带领团队围绕这一目标展开深入研究。
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态电解质相结合，尝试开发一种兼具承重能力与储能性能的结构材料。经过百余次实验，团队最终成功制备出满足性能要求的样品。
朱孔军解释说，该材料通过还原氧化石墨烯实现高效的电子传输，类比于“电流高速公路”；同时，钒氧化物则像“能量仓库”，有效提升了储能密度。“只需在碳纤维表面添加一层薄涂层，即可显著提升其储电能力。”他说。
周恒进一步指出，传统储能器件在受到压力时性能通常会下降，而他们研发的材料却在受压状态下表现出更优异的电传输特性。此外，该材料具备良好的机械鲁棒性，即便在被刀片划破或钻孔的情况下仍能正常工作。更值得一提的是，这种材料可模块化组合，根据应用需求灵活配置：串联可提升电压，而并联则有助于扩展容量。
相关研究成果的完整信息可通过以下链接获取：https://doi.org/10.1002/adma.202514323