无人机网(www.youuav.com)援引外媒消息，想象一下，一架无人机在广阔而偏远的土地上空翱翔——它的传感器正在捕捉关键数据，用于环境/基础设施监测或灾区勘测。这项任务至关重要，数据传输的每一秒都至关重要。然而，当无人机接近任务的关键阶段时，着陆的倒计时开始了，只剩几分钟它就必须返回基地进行长时间的充电。这种情况每天都在依赖无人机的行业中上演，在这些行业中，能源储存是无名英雄——然而，它却是行业追求“长距离、重型运输”的最薄弱环节。

无人机行业正在经历快速增长，但其发展却日益受到当前能源存储技术的限制。当今绝大多数无人机都依赖锂离子或锂聚合物电池，这限制了其飞行续航能力、有效载荷能力和运行效率。大多数电池供电的无人机的飞行时间限制在 60 分钟以内，许多无人机在携带较重有效载荷时只能飞行 10 分钟。虽然固定翼垂直起降无人机可以延长续航时间，但除非部署内燃机，否则这种改进仍然微不足道——内燃机在军事领域很常见，但对于商业和工业应用来说不太实用。

电池充电时间通常为 60 到 90 分钟，这进一步扰乱了无人机的运行。虽然更换电池可以减少部分停机时间，但需要携带备用电池库存并维护远程充电电源——通常需要现场柴油发电机，这增加了物流复杂性并增加了运营成本。此外，锂电池会随着时间的推移而退化，将其使用寿命限制在有限的充电次数内，之后需要更换。这增加了无人机机队的经常性成本和维护负担，进一步限制了可扩展性。此外，电池重量直接与有效载荷能力竞争，迫使运营商在续航能力和携带关键任务设备或货物的能力之间做出权衡。

氢燃料电池已成为一种有前途的替代方案，与传统电池系统相比，它具有极高的能量密度、快速加油和较低的环境影响。然而，现有的氢存储方法——无论是高压还是低温容器——都会在系统架构、飞行操作和燃料供应物流方面引入复杂性，从而影响其在无人机上的可行性。长期以来，业界一直在寻找一种安全、轻便、高效且可扩展的氢存储解决方案，以用于无人机应用。

转型储氢技术的需求

尽管氢燃料电池具有诸多优势，但氢气储存的基本挑战阻碍了其在无人机上的广泛应用。现有的氢气储存方法（压缩氢、液态氢以及化学或金属氢化物）在无人机应用的效率、成本和实用性方面都存在重大权衡。

- 压缩氢气：压缩氢气虽然是一项成熟的技术，但即使在高压（700 bar）下，其容积效率也相对较差。多级压缩和复杂基础设施的需求增加了资本支出 (CAPEX) 和运营支出 (OPEX)，压缩过程消耗了约 15% 的存储能量。高压氢气系统也继续面临监管和司法挑战。

- 液态氢：尽管液态氢具有较高的容积效率，但其储存需要耗能的液化过程，消耗近 40% 的储存能量。液化工厂所需的基础设施成本高昂，只有大规模才合理。蒸发和燃料转移过程中的大量损失仍然是主要缺点。

- 化学和金属氢化物：这些存储解决方案提供了较高的容积效率，但缓慢的氢气释放速度带来了操作限制。此外，释放储存的氢气需要大量的热量（高达 300°C），这进一步增加了能耗并降低了整体效率。此外，它们的重量过重，使得它们不适用于无人机应用，而无人机的应用对有效载荷能力至关重要。

为了充分释放氢在无人机行业的潜力，需要一种变革性的氢存储技术——一种能够提供更高的能量密度、更轻的重量、快速加油和操作安全且没有现有解决方案的缺点的技术。

基于网状材料的固态储氢

使用纳米工程网状材料进行储氢的突破正在彻底改变无人机存储和利用氢气的方式。这种创新方法可以在低压和接近环境温度下实现安全、紧凑和高效的固态储氢，无需昂贵的多级压缩和低温液化。

与依赖重型密封结构或高能耗工艺的传统储氢解决方案不同，基于网状材料的储氢系统具有卓越的重量和体积效率。这些创新材料有可能超越美国能源部 (DOE) 的系统目标，实现远高于 5.5 wt.% 的重量效率和超过 40 g/L 的体积效率。这意味着重量效率提高了近 30%，体积效率是传统 700 巴氢气罐的两倍。对于无人机应用而言，其结果是飞行时间显著延长，有效载荷能力增加，解决了当前无人机储能方法的关键限制。

配置这些存储系统以实现快速氢吸附和释放的能力可确保无人机按需获得氢燃料，以满足各种操作需求。低压固态存储还可以实现非传统的、可变形的形状，从而提高封装效率和空气动力学性能。这种灵活性使无人机制造商能够优化飞机的续航能力和有效载荷设计，以满足客户对“长距离、重型运输”的需求。更高的重量效率直接转化为更大的有效载荷能力，使无人机能够携带更重的侦察和数据传输设备或货物，而不会影响飞行时间。

除了性能改进之外，基于网状材料的固态氢存储还具有显著的成本和可扩展性优势。与传统的 200-500 巴存储系统相比，该技术可将氢气输送成本降低 50%，与低温液化和运输相比，可降低近 80%，从而使氢动力无人机操作更具经济可行性。此外，消除高压压缩或低温存储简化了基础设施要求，降低了氢气部署的成本和复杂性。在低压和接近环境温度下运行还简化了监管和合规障碍，使其更容易、更实用地集成到无人机系统中。

基于网状材料的固态氢存储具有可扩展配置，氢容量从 100 克到 40 千克不等，可根据各种无人机任务要求进行定制。无论是通过便携式储气筒还是集成存储子系统，这种先进的存储方法都将有助于突破无人机储能瓶颈，延长飞行时间，并提高商业、工业和国防应用的运营效率。

重新定义无人机能源系统的未来

氢动力无人机的推出代表着行业的根本性转变，为下一代航空系统提供了前所未有的耐力、灵活性和有效载荷能力。随着基于网状材料的固态储氢技术不断成熟，无人机制造商和运营商将能够利用其优势，突破无人机应用的极限。

要充分发挥无人机的潜力，就必须摆脱传统电池技术的限制。通过利用纳米工程网状材料的力量，可以解决氢存储的局限性，为未来无人机的使用寿命更长、携带更多物品以及比以往更安全、更可靠的运行铺平道路。

对于希望集成下一代能源解决方案的无人机系统架构师、制造商和运营商来说，现在是探索固态氢存储的时候了。无论是在商业物流、国防行动还是环境/基础设施监测领域，这项突破性技术都将有助于塑造无人机未来的性能。