創科前線/無人機裝上國產「氫能心臟」 續航增3倍
氫能無人機憑藉零排放、長航時、耐低溫及大載重等核心優勢，正成為破局低空經濟發展瓶頸的關鍵力量。無人機裝上「氫能心臟」，不僅補齊了傳統鋰電池無人機在續航與負載上的短板，拓展了長距離物流運輸、高寒高原巡檢等高端作業場景，還有望助力國家構建綠色環保、安全高效的立體交通與低空作業體系。
日前，由中國科學院大連化學物理研究所（簡稱「大連化物所」）研發的「高比功率陰極閉合式風冷電堆」通過科技成果鑒定。歷時數年研發，這款集輕量化、高功率、風冷散熱於一身的國產「氫能心臟」，打破韓國企業對核心技術的壟斷，實現了從實驗室到規模化應用的躍遷，電堆比功率達到世界最高水平，可使工業級無人機續航時間提升3倍以上。\大公報記者 宋偉
項目負責人、大連化物所動力電池與系統研究部部長陳忠偉介紹說，「高比功率陰極閉合式風冷電堆」成功突破了三項關鍵技術。一是催化層多尺度調控技術，如同在納米至毫米尺度對電池反應區進行「立體精裝修」，提升了催化活性；二是非對稱水分傳輸技術，為電池內部裝上了「單向導濕」的智能皮膚；三是微通道強化傳熱與水熱耦合技術，將散熱與水分管理有效結合，保障了電池在寬溫域下的穩定運行。
技術達到國際領先水平
大公報記者在現場看到，搭載該電堆的氫能無人機成功試飛，關鍵性能指標表現卓越。第三方數據顯示，該風冷電堆比功率達1970瓦／千克，面功率密度達1.15瓦／平方厘米。鑒定委員會一致認為，成果創新性強、技術指標先進，擁有自主知識產權，電堆比功率位居國際最高水平，總體技術達到國際領先水平。中國科學院院士、鑒定委員會副組長郭林認為，「高比功率陰極閉合式風冷電堆」技術在理論創新、結構設計與工程應用上均取得重大原創性成果，技術解決了過去電堆比功率性能低的「卡脖子」問題。
「氫能產業的發展關鍵在於找到合適的應用場景，此次推出搭載全新電堆的氫混動力無人機，正是針對這一需求的創新方案。」中國科學院長春應用化學研究所研究員邢巍表示，該技術將氫燃料電池與鋰離子電池的優勢結合，形成聯合電源系統，既能「跑得快」又能「跑得久」。
攝氏零下40度仍正常工作
此外，氫混動力技術在無人機領域的優勢尤為明顯。「使用傳統鋰電池，無人機續航時間約半小時，而採用氫混動力的同款無人機，續航時間可超過2小時。」在農業巡檢、電力線路巡檢等實際應用中，作業距離通常達3000米左右。傳統鋰電池無人機在此類任務中表現不佳，需多次折返充電；而氫混動力無人機可一次性完成整個巡檢任務，大幅提高工作效率。展望未來，邢巍也指出，該技術在大型文藝演出中具有較大應用潛力。氫混動力無人機可實現一次性不間斷作業，大幅提升表演效果和安全保障。
作為企業應用方，江蘇航空產業集團技術總監徐兆海表示，五年前，氫混無人機的核心技術主要被韓國企業壟斷，成本高昂且售後不完善。近三年來，中國在電堆功率密度、質量重量方面已取得重大進展，市場應用日趨成熟。「像高速公路建設、改造全程安全監管，養護巡查及節假日交通疏導、事故處置和應急救援等工作，都對無人機的續航里程提出了嚴苛要求。目前我們正在江蘇建立氫動力低空示範區，構建全省路網氫動力巡查網絡。」徐兆海還特別提到，西北、東北等地普遍面臨低溫環境挑戰。傳統鋰電池無人機在攝氏零下30-40度環境下無法作業，而氫混無人機具有天然的耐低溫優勢。
