空天能源材料与器件实验室是天目山实验室面向低空经济市场对于动力电池实际需求，结合多学科知识交叉，开展有组织的科研攻关。实验室由宫勇吉教授领衔，融合了飞行器设计、材料、物理、化学、信息技术等多学科，组建了一个跨学科的、年轻的交叉创新团队。

宫勇吉教授指导团队成员实验细节

团队深入探究了二维材料在储能电池领域的关键作用与提升机制，专注于二维储能材料的规模化制备和器件开发，成功解决了二维材料的结构和性质难以精准调控、规模化合成流程复杂、成本高昂、高比能锂金属电池难以稳定循环等多项关键科学与技术问题。截至目前，团队在材料及储能领域的国际知名期刊Nature Communications、Advanced Energy Materials、Nano Letters发表原创成果12项。通过将二维材料与先进储能体系结合，团队研制出超高比能锂金属电池体系，推动电驱动航空器续航能力进一步提升。

空天能源材料与器件实验室通过持续攻关研究二维储能材料，结合天目山实验室无人机系统平台，开发了高能量密度和循环寿命的锂金属电池，为无人航空器提供持久而可靠的动力源。这些电池可以用于驱动飞行控制系统、摄像设备以及其他关键组件，确保无人机能够长时间地执行任务。此外，锂金属电池还广泛应用于民用和军事领域的无人机中，完成包括侦察、监视、搜救等任务，为低空经济提供新的动力选择。

“天目能源”系统架构图

01面向储能应用的二维材料性质调控

基于先进的原子级精准调控技术，成功实现二维储能材料的结构精细化设计。通过调节材料的原子排列和化学组成，显著提升了材料表面的亲锂性能，大幅增加了锂离子在材料表面的吸附能力和扩散速率。同时，创新性地在材料内部构建了高度互联的纳米级导锂通道网络，为锂离子的快速传输提供了"高速公路"；优化后的材料展现出卓越的锂离子电导特性，电导率较传统材料提升一个数量级以上。此外调控后的材料还表现出优异的循环稳定性和倍率性能，在高电流密度下仍能保持出色的储能效率。为开发新一代高性能锂电池电极材料开辟了新途径，有望大幅度提升电池的能量密度、功率密度和使用寿命。

二维材料原子结构及性质调控

02面向储能应用的二维材料规模化制备

提出盐模板结合熔体辅助合成超薄纳米片粉体的新方法，宏量制备出尺寸与层厚精准可控的粉体材料，并实现了二维材料宏观组装体的规模化制备和应用，所得二维材料粉体在锂金属负极表面改性、隔膜修饰等方面有广阔的应用前景。

二维储能材料的规模化制备

03超高比能锂金属电池体系构筑

金属锂具有极高的比容量和最低的电化学电势，与高面载的正极材料匹配，可以组装高比能锂金属电池。相比传统的石墨负极，具有能量密度高的明显优势。相对于传统材料，二维材料具有独特的超薄特性、高比表面积和大长宽比等优点。通过合理的结构设计，可以实现对锂金属负极的界面稳定性和锂离子通量的改善，显著提高高比能锂金属电池的循环寿命和安全性。

超高比能锂金属软包电池

未来，空天能源材料与器件研究团队将进一步优化发展“天目能源”，并与天目山实验室在飞行器总体设计、续航优化、机载控制与导航等方向的优势研究成果相结合，着力解决航空飞行器在资源监测、高速公路监测、水上安全监测、应急救援等多个低空经济领域的续航里程焦虑，为低空经济带来新的、安全的、高效的能源动力选择。