研究：电池能量密度达 500Wh/kg，太阳能飞机可在高空连飞数月

IT之家 10 月 29 日消息，想要让太阳能飞机在日落后继续停留在空中，需要做出艰难取舍：电池容量越大，储存的电能越多，但电池自重又会增加飞机的能耗。

一项由美国主导的新研究提出了一项电池性能指标，有望让无人飞行器连续飞行数周甚至数月。

研究分析得出，500 瓦时每千克（Wh/kg）的电池能量密度，是这类长航时太阳能飞行器在大气条件适宜区域持续飞行的关键门槛。

这类飞行器会在距离地面约 6 万英尺（IT之家注：约 18.3 千米）的平流层飞行，用于气候研究、飓风追踪、野火监测等观测任务。

白天依靠太阳能板供电，同时给电池充电，夜间依靠电池续航飞行。

破解电池重量难题

这项研究由克雷格 · 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。他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，可电池随之变重，飞机就需要更大动力才能维持升力、向前飞行。”

研究人员提出，面向这类飞行器的电池研发，应当优先追求能量密度，也就是单位重量能够储存多少电能。

而代表电能释放速度的功率密度，在这里没有那么重要。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

该目标大约是商用电动汽车电池（约 250 Wh/kg）的两倍。目前已有实验型特种电池可以达到约 400 Wh/kg，距离目标越来越近，但成本仍是一大阻碍。

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。”

该成果只是给出研发指标，并不是已经造出新型电池，也没有实现长达数月的飞行任务。能否实现持续飞行，同样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（Venkatasubramanian Viswanathan）与沙尚克 · 斯里帕德（Shashank Sripad）参与了本次分析。航空创业者约翰 · 兰福德（John Langford）也为论文合著者，他旗下企业已经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

安德森已经研究太阳能飞行器方案长达三十年，主导哈佛大学参与平流层机载气候观测系统（SACOS）项目。

这套方案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以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》。

参考资料：

• https://pubs.acs.org/aelccp/article/11/9/6207/5287335/Powering-the-Persistent-Observation-of-Earth

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