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近日，應用了高比能氫-鋰混合動力系統的工業無人機在黃山市黃山區完成了一系列多場景應用示范。受訪單位供圖
近日，在安徽黃山腳下，薄霧縈繞的茶山間，一架工業無人機輕盈掠過層層疊疊的綠浪。它無須頻繁折返充電，單次飛行即可完成整片茶園的病蟲害監測與預警。驅動這架無人機的，是中國科學院大連化學物理研究所研究員陳忠偉團隊自主研發的高比能氫-鋰混合動力系統。該系統基于團隊的兩項核心技術——高比能超低溫電池技術與高比能氫-鋰混動技術，成功破解了工業無人機“續航短、載重小”的行業難題。
兩項技術的協同發展，為低空經濟飛行器提供了適應極端環境、超長航時、高機動性的多元化、高性能能源解決方案，將有力推動我國低空產業的技術升級與應用拓展。
打破“續航天花板”
傳統鋰電池驅動的無人機普遍存在“續航天花板”，多數機型續航僅30分鐘至1小時，且載重能力有限，在山地、高溫、極寒等復雜環境下性能衰減顯著。陳忠偉團隊瞄準低空飛行器（無人機、eVTOL等）對能源系統的需求，研發兩項核心技術。
團隊電源技術負責人張盟告訴科技日報記者，在漠河零下36攝氏度的極寒測試中，高比能超低溫鋰電池可驅動六旋翼無人機完成穩定飛行與物資運輸任務。其能量密度達每千克400瓦時，工作溫度區間為零下40攝氏度至50攝氏度。電池在零下40攝氏度的放電容量可保持80%以上，零下20攝氏度仍可充電，功率輸出穩定，已服務于極地科考。
張盟介紹，高比能氫-鋰混合動力系統通過“氫燃料電池+鋰電池”雙能源耦合，可實現單次任務連續巡航2小時以上，較傳統鋰電池方案續航提升超100%。
“我們給無人機裝上了‘雙動力引擎’。” 陳忠偉形象地比喻，鋰電池如同“短跑健將”，負責起飛、爬升、急轉等瞬時高功率需求；氫燃料電池則是“馬拉松選手”，持續輸出穩定電能滿足長航時巡航。兩者通過智能系統動態協同，既彌補了氫燃料動態響應慢的短板，又避免鋰電池深度放電。
氫鋰搭檔實現高效運行
這套“雙引擎”的核心，在于智能能量管理系統的精準調度。張盟解釋：“就像汽車的混動模式，起飛時鋰電池瞬間釋放高功率（峰值可達20千瓦），氫燃料電池則在巡航階段（功率約5千瓦）負責主力供電，同時為鋰電池補電。”這種“削峰填谷”模式，使系統始終運行在高效區間，較單一能源方案能耗降低18%。
團隊智能能量管理系統技術負責人吳私介紹，為突破傳統氫燃料電池的“水土不服”難題，團隊在材料與控制層面實現雙重創新。
他們采用8微米超薄質子交換膜及自主開發的復合催化劑和親水基團修飾技術，使膜電極具備自增濕功能，無需增加加濕系統，且抗反極能力提升至2000分鐘；陰極擴散層設計為梯度孔徑結構，優化氣流分布，避免水淹或膜干；動態模型可預測和調節氣流量，確保了無人機劇烈飛行時的穩定性；高比表面積散熱翅片和傳質強化技術提高了散熱效率并優化反應效率，保證電池高效穩定運行。
此外，團隊通過電解液“抗凍配方”與負極材料改性，還破解了鋰電池的超低溫性能衰減問題。團隊鋰電技術負責人陳建設說，在電解液中引入新型電解質添加劑，可將工作溫度降至零下50攝氏度以下；負極采用納米硅碳復合結構，通過多孔碳骨架緩沖硅顆粒膨脹，使電池在零下40攝氏度及100次循環后，容量保持率達92%。上述技術搭配自適應熱管理系統，使得無人機在極寒地區作業時續航衰減控制在20%以內。
一系列技術進展，有效解決了低空飛行器電源系統續航短的問題，顯著提升了無人機的載重能力和續航表現。
構建全鏈條生態
技術突破的最終價值，在于推動“創新鏈—產業鏈”深度融合。張盟介紹，通過多次試飛試驗，他們建立了多場景、多環境、多動態載荷下電池數據庫，為全天候、寬溫域、跨地域飛行積累數據，提高了技術成熟度。目前，氫-鋰混合動力技術已完成中試定型，進入商業化加速期。
搭載了高比能氫-鋰混合動力系統的無人機可應用于農業、文旅、林業、漁業、應急等多個領域。在漁業方面，其可監測景區水質、藻類，巡視監察景區非法捕撈；在林業方面，可監測林場資源、巡檢與預警林場火情；在農業方面，可監測與預警茶園病蟲害以及茶葉生長狀態；在寒環境應用方面，無人機可遠程運送物資。
“我們正在構建‘材料—部件—系統—場景’的全鏈條生態。” 陳忠偉介紹，上海洗霸科技股份有限公司已成立了專注于氫混動力電源及高比能鋰電池生產的企業。其生產線正在加緊建設中，規劃年產能7500套動力系統。展望未來，團隊將力爭在2026年實現批量生產線落地，完成物流、巡檢場景、農業領域的商業化閉環，產品交付1000套以上；2028年推出高原專用型、海洋型、高溫型、低溫型等細分型號，拓展至邊境巡邏、海上風電巡檢和極寒等應用場景；到2030年，團隊將建立“氫—鋰混合動力”行業標準，累計交付10000套以上。
陳忠偉表示，團隊將持續深耕氫-鋰耦合技術，讓“中國動力”成為全球低空經濟的綠色新標桿。（記者 張 蘊）
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