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
IT之家 10 月 29 日消息，要让太阳能飞机在日落之后继续飞行，必须面对一个棘手的选择：电池容量越大，储存的电量就越多，但电池自身的重量也会增加飞机的能耗。
一项由美国主导的研究提出了一个电池性能指标，有望让无人飞行器连续飞行数周甚至数月。
研究分析指出，电池能量密度达到 500 瓦时每千克（Wh/kg），是这类长航时太阳能飞行器在适宜大气区域持续飞行的关键门槛。
这类飞行器通常在距离地面约 6 万英尺（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并同时为电池充电，夜间则依赖电池储存的电量继续飞行。
破解电池重量难题
这项研究由克雷格·马斯卡雷纳斯主导，依托哈佛大学大气科学家吉姆·安德森的实验室展开。他解释了工程中的难点：“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，飞机需要更大动力才能维持升力和向前飞行。”
研究人员提出，针对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，在此并不那么重要。这类飞行器的功耗本身较低，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能达到约 400 Wh/kg，距离目标越来越近，但成本仍是主要障碍。
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。”
该成果仅提供了研发指标，并未实际造出新型电池，也未实现长达数月的飞行任务。能否持续飞行，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·兰福德也是论文合著者之一，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有三十年，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，并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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