南京航空航天大学研发新型碳纤维超级电容器，推动无人机“机身即电池”革新
南京航空航天大学朱孔军教授团队近期开发出一种具有储能功能的新型碳纤维结构超级电容器，这项技术有望实现“无人机机身即电池”的设想，为解决当前无人机在续航与载重之间的矛盾提供了全新思路。相关研究成果已发表在《先进材料》期刊。
随着我国“双碳”战略的不断推进，无人机在多个领域得到广泛应用，包括机场巡检、城市物流配送等。目前主流无人机的机身多采用航空级碳纤维复合材料，其密度仅为钢材的四分之一，强度却是钢的七倍，具备显著的减重优势。然而，传统电池系统的重量问题却成为制约其进一步发展的关键瓶颈。
以一款载重5公斤的物流无人机为例，其电池重量通常占到了3公斤，还需额外增加0.5公斤的配重以保持飞行稳定性。为增加飞行半径，部分企业甚至不得不减少货物载量。这种“续航与载重不可兼得”的现实困境，使许多企业在运营中陷入两难。
朱孔军教授在一次国际会议上首次接触到“结构储能一体化”的概念，随后萌生了让机身结构本身具备储能功能的设想。在此基础上，他带领团队开始探索碳纤维结构超级电容器的研发。
在朱孔军的指导下，南京航空航天大学2023级硕士研究生周恒尝试将碳纤维电极与环氧树脂基固体电解质结合，制备出可承重的储能器件。经过近百次实验，最终成功制备出符合性能要求的样品。“还原氧化石墨烯如同一条‘电流高速公路’，大幅提升了电荷传输效率；而钒氧化物则像一个‘能量仓库’，能储存更多电能。”朱孔军解释道，“仅需一层薄涂层，即可显著提升碳纤维的储能能力。”
“普通储能器件在受压后通常会出现性能下降，而我们的材料却表现出更优异的储能表现。”周恒指出，这种材料在受到压缩时，内部结构更紧密，电荷传输更高效。此外，材料具备出色的抗损性能，即使被刀片划破或钻孔，仍可正常运行。更重要的是，其模块化设计支持按需组合——需要高电压时可串联，需要大容量时可并联，提升了应用的灵活性。
相关研究已发表于《先进材料》：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”》）