近日，南京航空航天大学2023级硕士生周恒在国际顶刊《先进材料》发表成果。其研发的新型碳纤维结构超级电容器让无人机“机身即电池”成为可能，有望为破解无人机“续航载重不可兼得”的困局提供全新思路。

据介绍，随着我国“双碳”目标推进，无人机已广泛应用于机场巡查、城市配送等领域。当前的主流无人机机身采用航空级碳纤维复合材料，密度仅为钢的1/4，强度却是钢的7倍，能最大程度减重。然而，传统的电池系统却成了减重的“绊脚石”。

据周恒计算，一架载重5公斤的物流无人机，电池重量就达到3公斤，同时还需要增加0.5公斤配重保持平衡，一些企业为了让无人机能够多飞5公里，不得不减少1公斤货载，这种不得已的“取舍”让很多企业陷入两难。

“传统思路提升电池能量密度，像在‘螺蛳壳里做道场’，空间越来越小。”在一次国际会议上，周恒的导师，南航教授朱孔军接触到“结构储能一体化”概念，便灵光一闪：“能不能让机身结构本身储能？”此后，他便带领学生们着手研发碳纤维结构超级电容器，周恒便是其中之一。

在导师指导下，周恒将碳纤维电极和环氧树脂基固体电解质结合，尝试做成“能承重的储能器件”，历经近百次试验后，团队终于做出了达标样品。

“普通储能设备受压后储电量会降，我们的反而更好。”周恒解释，材料受压时结合更紧密，电传输更顺畅。更难得的是，该材料还具有抗损坏能力。用刀片划口子、用钻头钻孔后仍能进行工作。此外，它们还可以像搭积木一样，根据实际需求进行灵活组合：需要更高电压时就串联，需要更大容量时就并联。

周恒以一组模拟数据描绘了团队的技术目标：让一款现载重5公斤、续航20公里的无人机，在将电池从3公斤减至2公斤的同时，将载重提升至7公斤，续航延长至30公里。“这旨在让以往两架无人机的任务，由一架高效完成，从而实现作业效率的倍增。”

“卫星太阳能电池板支架、飞机机舱壁都能用，既减重又能供电。”“若在零下三十多度的低温下，超级电容器还能保持八成以上性能，能用的地方就更多了。”他憧憬将研究深入推进，拓展到航空航天领域，“让无人机飞得更远、载得更重，为绿色物流和航空航天助力。”

相关论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202514323

周恒（右）与导师在一起   南航供图