新研究显示电池能量密度达到500Wh/kg可实现长时间太阳能飞行器

为了让太阳能飞机在日落后能够持续飞行，设计者面临电池容量与自重之间的权衡。一项美国主导的研究提出了一个新的电池性能标准，有望使无人飞行器实现数周或数月的持续飞行。研究表明，电池能量密度需达到500瓦时每千克（Wh/kg），这是太阳能飞行器在适合气候区域持续飞行的重要条件。这些飞行器将在大约六万英尺（约18.3千米）高的平流层进行气候研究、飓风追踪和野火监测等任务。它们依靠白天的太阳能为电池充电，夜间则利用储存的电能飞行。

该研究由克雷格·马斯卡雷纳斯领导，并在哈佛大学大气科学家吉姆·安德森的团队下进行。安德森解释，工程难点在于电池重量与存储能力之间的数学关系：需要更多的能量存储，但电池的增加会使得飞行器重量上升，从而需要更强的动力来维持飞行。研究人员认为，针对这种飞行器的电池研发应优先关注能量密度，而不是电能释放速率，因为飞行器功耗不高，主要需求是确保足够的电量以支持整个夜间飞行。

500Wh/kg的目标几乎是现今商用电动汽车电池（约250Wh/kg）的两倍。目前已有实验室特殊电池能达到近400Wh/kg，但其成本仍然是个问题。马斯卡雷纳斯表示，目前距离目标越来越近，虽然新型电池的价格依然昂贵，但其降价速度相当快。此研究提供了一个研发方向，并未制造出新型电池，也尚未实现数月飞行的任务。飞行的可持续性也会受到当地气候环境的影响。 球友会

参与此次研究的还有电池领域专家文卡塔苏布拉马尼亚·维斯瓦纳坦与沙尚克·斯里帕德，以及已经在多款实验性太阳能飞机上开展试飞的航空企业家约翰·兰福德。安德森在太阳能飞行器方案的研究已达三十年，负责哈佛大学的平流层机载气候观测系统项目（SACOS），其最大亮点是能够进行长时间的连续观测。相比之下，NASA的有人机ER-2每次飞行任务通常只有6至8小时，每小时成本高达数万美元。未来的太阳能飞行器可以在几个月内对同一地区进行持续的监测，降低人力投入和运行成本，延长观测周期。

安德森和马斯卡雷纳斯正在共同推进相关研究，以支持野火监测、环境遥感的深度学习模型与辐射传输模型的开发。马斯卡雷纳斯表示，减轻全球野火的损害是其强烈愿望，而这一项目所具备的独特能力值得期待。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及相关产业伙伴，共同在《ACS Energy Letters》上发布了相关研究成果。