【独家焦点】氢锂双引擎延伸工业无人机航线

  近日，应用了高比能氢-锂混合动力系统的工业无人机在黄山市黄山区完成了一系列多场景应用示范。受访单位供图

(资料图)

近日，在安徽黄山脚下，薄雾萦绕的茶山间，一架工业无人机轻盈掠过层层叠叠的绿浪。它无须频繁折返充电，单次飞行即可完成整片茶园的病虫害监测与预警。驱动这架无人机的，是中国科学院大连化学物理研究所研究员陈忠伟团队自主研发的高比能氢-锂混合动力系统。该系统基于团队的两项核心技术——高比能超低温电池技术与高比能氢-锂混动技术，成功破解了工业无人机“续航短、载重小”的行业难题。

两项技术的协同发展，为低空经济飞行器提供了适应极端环境、超长航时、高机动性的多元化、高性能能源解决方案，将有力推动我国低空产业的技术升级与应用拓展。

打破“续航天花板”

传统锂电池驱动的无人机普遍存在“续航天花板”，多数机型续航仅30分钟至1小时，且载重能力有限，在山地、高温、极寒等复杂环境下性能衰减显著。陈忠伟团队瞄准低空飞行器（无人机、eVTOL等）对能源系统的需求，研发两项核心技术。

团队电源技术负责人张盟告诉科技日报记者，在漠河零下36摄氏度的极寒测试中，高比能超低温锂电池可驱动六旋翼无人机完成稳定飞行与物资运输任务。其能量密度达每千克400瓦时，工作温度区间为零下40摄氏度至50摄氏度。电池在零下40摄氏度的放电容量可保持80%以上，零下20摄氏度仍可充电，功率输出稳定，已服务于极地科考。

张盟介绍，高比能氢-锂混合动力系统通过“氢燃料电池+锂电池”双能源耦合，可实现单次任务连续巡航2小时以上，较传统锂电池方案续航提升超100%。

“我们给无人机装上了‘双动力引擎’。” 陈忠伟形象地比喻，锂电池如同“短跑健将”，负责起飞、爬升、急转等瞬时高功率需求；氢燃料电池则是“马拉松选手”，持续输出稳定电能满足长航时巡航。两者通过智能系统动态协同，既弥补了氢燃料动态响应慢的短板，又避免锂电池深度放电。

氢锂搭档实现高效运行

这套“双引擎”的核心，在于智能能量管理系统的精准调度。张盟解释：“就像汽车的混动模式，起飞时锂电池瞬间释放高功率（峰值可达20千瓦），氢燃料电池则在巡航阶段（功率约5千瓦）负责主力供电，同时为锂电池补电。”这种“削峰填谷”模式，使系统始终运行在高效区间，较单一能源方案能耗降低18%。

团队智能能量管理系统技术负责人吴私介绍，为突破传统氢燃料电池的“水土不服”难题，团队在材料与控制层面实现双重创新。

他们采用8微米超薄质子交换膜及自主开发的复合催化剂和亲水基团修饰技术，使膜电极具备自增湿功能，无需增加加湿系统，且抗反极能力提升至2000分钟；阴极扩散层设计为梯度孔径结构，优化气流分布，避免水淹或膜干；动态模型可预测和调节气流量，确保了无人机剧烈飞行时的稳定性；高比表面积散热翅片和传质强化技术提高了散热效率并优化反应效率，保证电池高效稳定运行。

此外，团队通过电解液“抗冻配方”与负极材料改性，还破解了锂电池的超低温性能衰减问题。团队锂电技术负责人陈建设说，在电解液中引入新型电解质添加剂，可将工作温度降至零下50摄氏度以下；负极采用纳米硅碳复合结构，通过多孔碳骨架缓冲硅颗粒膨胀，使电池在零下40摄氏度及100次循环后，容量保持率达92%。上述技术搭配自适应热管理系统，使得无人机在极寒地区作业时续航衰减控制在20%以内。

一系列技术进展，有效解决了低空飞行器电源系统续航短的问题，显著提升了无人机的载重能力和续航表现。

构建全链条生态

技术突破的最终价值，在于推动“创新链—产业链”深度融合。张盟介绍，通过多次试飞试验，他们建立了多场景、多环境、多动态载荷下电池数据库，为全天候、宽温域、跨地域飞行积累数据，提高了技术成熟度。目前，氢-锂混合动力技术已完成中试定型，进入商业化加速期。

搭载了高比能氢-锂混合动力系统的无人机可应用于农业、文旅、林业、渔业、应急等多个领域。在渔业方面，其可监测景区水质、藻类，巡视监察景区非法捕捞；在林业方面，可监测林场资源、巡检与预警林场火情；在农业方面，可监测与预警茶园病虫害以及茶叶生长状态；在寒环境应用方面，无人机可远程运送物资。

“我们正在构建‘材料—部件—系统—场景’的全链条生态。” 陈忠伟介绍，上海洗霸科技股份有限公司已成立了专注于氢混动力电源及高比能锂电池生产的企业。其生产线正在加紧建设中，规划年产能7500套动力系统。展望未来，团队将力争在2026年实现批量生产线落地，完成物流、巡检场景、农业领域的商业化闭环，产品交付1000套以上；2028年推出高原专用型、海洋型、高温型、低温型等细分型号，拓展至边境巡逻、海上风电巡检和极寒等应用场景；到2030年，团队将建立“氢—锂混合动力”行业标准，累计交付10000套以上。

陈忠伟表示，团队将持续深耕氢-锂耦合技术，让“中国动力”成为全球低空经济的绿色新标杆。

标签：