南京航空航天大學一名00后碩士生周恒，在國際頂級學術期刊《Advanced Materials》上發表了一項突破性成果——他帶領團隊研發的新型碳纖維結構超級電容器，有望讓無人機實現“機身即電池”的設想，為解決無人機續航與載重難以兼顧的難題提供了全新思路。

周恒回憶起初次接觸這一課題的契機。2023年，他跟隨導師朱孔軍教授走訪物流企業時，看到操作員因無人機電量不足頻繁調整飛行路線，企業負責人也為載重量受限而發愁。這讓他萌生了攻關的念頭。當時，主流無人機機身采用航空級碳纖維復合材料，密度僅為鋼材的四分之一，強度卻是鋼材的七倍，這種材料的應用讓機身重量大幅減輕。然而，傳統電池系統卻成為制約無人機性能的瓶頸。以一架載重5公斤的物流無人機為例，電池重量可達3公斤，還需額外增加0.5公斤配重以保持平衡。朱孔軍教授指出，這種“背著電池跑步”的設計，使得無人機在載重和續航之間不得不做出妥協。

全球科研團隊都在探索突破這一困境的方法。朱孔軍教授在一次國際學術會議上接觸到“結構儲能一體化”概念后，提出一個大膽設想：能否讓機身結構本身具備儲能功能？這一思路得到了團隊成員的積極響應，周恒隨即加入研發隊伍，開始嘗試將碳纖維電極與環氧樹脂基固體電解質結合，打造既能承重又能儲能的新型器件。

研發過程充滿挑戰。周恒在查閱大量文獻后，提出將釩氧化物與還原氧化石墨烯結合的方案。釩氧化物具有反復儲能的特性，而還原氧化石墨烯則能快速傳導電流，二者結合或許能顯著提升碳纖維的儲電能力。這一想法得到導師的支持后，團隊立即展開實驗。然而，電解質配比問題很快成為關鍵障礙。這種特殊材料既要保證導電性能，又要具備足夠的機械強度。周恒回憶，有一次因實驗室濕度控制不當，導致樣品儲電量下降了30%。經過近40次配方調整和近百次工藝優化，團隊最終確定最優方案：采用一步高溫混合水熱法制備關鍵材料，并嚴格控制電解質配比與制作環境濕度。

測試結果顯示，這種新型超級電容器性能遠超預期。朱孔軍教授解釋，還原氧化石墨烯構建了高效的電荷傳輸通道，而釩氧化物則提供了充足的儲能空間，二者協同作用使碳纖維的儲電量提升數倍。更令人驚喜的是，該材料展現出優異的抗壓性能。在模擬無人機機翼受力測試中，當壓力達到常規承受范圍時，儲電量仍能保持80%以上。周恒解釋，材料受壓后內部結構反而更加緊密，電荷傳輸效率得到提升。該材料還具備出色的抗損壞能力，即使被刀片劃傷或鉆孔后仍能正常工作，避免了因碰撞導致的短路風險。

該技術的模塊化設計也為其應用拓展提供了可能。周恒演示了如何通過串聯提升電壓、通過并聯擴大容量，這種“積木式”組合方式能滿足不同場景的定制化需求。根據模擬數據，應用這項技術后，一款現載重5公斤、續航20公里的無人機，可將電池重量從3公斤減至2公斤，同時將載重提升至7公斤，續航延長至30公里。這意味著單架無人機即可完成原本需要兩架協同的任務，作業效率實現倍增。

目前，團隊正探索該技術在航空航天領域的潛在應用。周恒介紹，這種材料在極端環境下仍能保持穩定性能，例如在零下三十多度的低溫條件下，儲電效率仍能維持在80%以上。他設想，未來衛星的太陽能電池板支架、飛機的機艙壁等部件若采用這種材料，既能減輕重量又能提供電力支持，為綠色航空與航天工程開辟新的可能性。