研究：电池能量密度突破 500Wh/kg，太阳能飞机就能在高空连飞数月 - 亚博体育
由美国主导的一项最新研究指出，若电池能量密度能达到500瓦时每千克，太阳能飞行器便有望在平流层持续飞行数周甚至数月，为气候观测、飓风追踪等任务提供更长的续航能力。
IT之家10月29日消息，要让太阳能飞机在日落后仍能维持飞行，必须权衡一个难题：电池容量越大，存储的电能就越多，但电池本身的重量会增加飞机的能耗。
这项研究提出了一项关键性能指标，有望让无人飞行器实现连续飞行数周甚至数月的目标。研究分析显示，500Wh/kg的能量密度是这类长航时太阳能飞行器在适宜大气条件下持续飞行的关键门槛。
这类飞行器通常在距地面约6万英尺（约18.3公里）的平流层作业，用于气候研究、飓风追踪、野火监测等任务。白天，它们依靠太阳能板供电并给电池充电；夜间则依赖电池维持飞行。
破解电池重量难题
该研究由克雷格·马斯卡雷纳斯牵头，依托哈佛大学大气科学家吉姆·安德森的实验室开展。马斯卡雷纳斯解释了其中的工程难点：“这是一个循环的数学关系：你需要更多储能，但电池随之变重，飞机就需要更大动力才能维持升力和向前飞行。”
研究人员提出，面向这类飞行器的电池研发应优先追求能量密度，即单位重量能储存多少电能。而代表电能释放速度的功率密度在这里并不那么重要，因为这类飞行器的功耗本身不高，核心要求是携带足够电量撑过整个夜晚。
500 Wh/kg目标门槛
这一目标大约是商用电动汽车电池（约250Wh/kg）的两倍。目前，已有实验型特种电池能达到约400Wh/kg，距离目标越来越近，但成本仍是一大障碍。
马斯卡雷纳斯说：“我们已经很接近目标了。这类电池现在价格高昂，但降价速度很快。”
该成果只是给出了研发指标，并未实际制造出新型电池，也未实现长达数月的飞行任务。能否实现持续飞行，还取决于当地大气环境条件。
电池领域研究者文卡塔苏布拉马尼亚·维斯瓦纳坦与沙尚克·斯里帕德参与了本次分析。航空创业者约翰·兰福德也为论文合著者，他旗下企业已研发并试飞过多款实验太阳能飞机。
为野火研究提供更长观测窗口
安德森研究太阳能飞行器方案已长达三十年，主导哈佛大学参与平流层机载气候观测系统项目。
这套方案的最大优势在于连续观测。根据研究资料，NASA的有人驾驶ER-2科研飞机单次任务通常只有6至8小时，每小时飞行成本高达数万美元。
太阳能飞行器未来可在数月内反复对同一区域持续监测，有望减少人力投入、压低运行成本，获得更长的观测周期。
安德森和马斯卡雷纳斯同时在推进相关研究，为野火测绘、环境遥感的深度学习模型与辐射传输模型提供支撑。
马斯卡雷纳斯表示：“我一心希望减轻全球野火带来的破坏。这个项目所能实现的独特能力，非常令人期待。”
哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的研究人员，联合密歇根大学以及产业合作方，将相关研究路径发表于《ACS Energy Letters》。
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