結構儲能碳纖維復合材料設計及其在無人機上的應用

王朝陽，楊向濤，徐祥博，張金納，朱世杰，吳海宏,2，仝立勇

（1.河南工業大學碳纖維復合材料國際合作試驗室，鄭州 450001；2.鄭州仿弦新材料科技有限公司，鄭州 450001；3.悉尼大學航空機電學院，悉尼2006）

碳纖維復合材料具有輕質、高強、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕等一系列優異性能特點，目前已廣泛用于航空航天領域。隨著世界各國低空領域不斷開放，無人機的應用領域不斷擴大，同時由其引發的環境污染，特別是天空污染問題也越來越嚴峻。為此，世界各國先后啟動了清潔天空項目，以通過對新材料、新工藝、新技術方面的合作研究，減少燃油消耗和碳排放。在這個大的背景下，以鋰電池為動力的無人機得到了迅猛發展。然而，自重較大的鋰電池動力系統也制約了無人機的續航里程以及有效承載能力。近年來，以碳纖維為載體的結構儲能復合材料引起了許多學者的興趣[1-2]。利用碳纖維優異的力學性能，將結構件和儲能系統合二為一，可有效節約載荷空間，減輕系統重量，提高電池能量密度，成為了國內外新興起的一個研究熱點[3-6]。Swerea[7]采用鉚釘互鎖的方法將鋰電池垂直集成在碳纖維復合材料中制備的結構電池，與傳統的鋰電池包相比，結構電池的機械性能（在重復機械負載下機械彎曲剛度和容量衰減阻力）提高了15 倍以上[8]。Zhang 等[9]制備了碳纖維電極結構動力復合材料，并探究了機械負載對其電化學性能的影響。Thomas 等[10]課題組將薄膜電池嵌入復合材料中制備……