Bateriile cu stare solidă din drone: victorii, obstacole și ce urmează pentru operatori

Rezultatul? Un zbor continuu de 48 de minute și 10 secunde - ceva ce ar fi fost de neconceput cu litiu-ion cu doar câțiva ani în urmă. Pentru oricine din spațiu, acesta nu este doar un număr; este dovada caîn stare solidăpoate rezolva două dintre cele mai mari nemulțumiri ale operatorilor de drone: timpi scurti de zbor și griji legate de siguranță. Acel zbor de testare nu doar a doborât un record, ci a arătat că eVTOL-urile (și dronele, în general) ar putea în curând să facă față misiunilor mai lungi și mai fiabile, fără a reduce siguranța.

Panasonic a sărit și el, cu abaterie cu stare solidăconstruit special pentru dronele mai mici — iar specificațiile lor au ajuns la un punct ideal pentru operatorii ocupați. Imaginați-vă că încărcați bateria unei drone de la 10% la 80% în 3 minute. Pentru o echipă de livrare care rulează peste 20 de zboruri pe zi, asta reduce timpul de nefuncționare de la 30 de minute (cu litiu-ion) la aproape nimic. Chiar mai bine? Durează între 10.000 și 100.000 de cicluri de încărcare la temperatura camerei. O companie de construcții cu care lucrăm ne-a spus că înlocuiește bateriile litiu-ion la fiecare 6 luni – această opțiune Panasonic le-ar putea dura peste 5 ani. Aceasta este o economie masivă de costuri, dar înseamnă și mai puține baterii care ajung în gropile de gunoi - ceva despre care clienții își întreabă din ce în ce mai mult pe măsură ce se îndreaptă spre durabilitate.

Dar iată lucrul pe care nu îl acoperim clienții: în stare solidă încă mai are cercuri prin care să sară înainte de a fi în fiecare dronă. Am discutat cu zeci de operatori de drone mici și mijlocii în ultimele 6 luni, iar preocupările lor toate se întorc la aceleași provocări, care depășesc „specificațiile bune pe hârtie”.

Luați costul mai întâi. Doar materialele sunt mai scumpe: electroliții solizi din aceste baterii costă mai mult decât cei lichizi din litiu-ion și mașinile necesare pentru a le produce? Nu sunt de pe raft. Un producător de drone startup din Texas ne-a spus că vor să treacă la stare solidă, dar costul inițial al reutilizării configurației bateriilor le-ar fi consumat întregul buget anual. Pentru jucători mari precum EHang sau Panasonic, acest lucru este ușor de gestionat, dar pentru majoritatea operatorilor, este o barieră în acest moment.

Apoi mai este problema „stabilității interfeței” – termeni fantezi pentru o problemă simplă: electrolitul solid și electrozii bateriei trebuie să rămână în contact strâns și consistent pentru a funcționa bine. Dar de fiecare dată când bateria se încarcă și se descarcă, electrozii se micșorează și se extind puțin. De-a lungul timpului, acest lucru creează goluri minuscule, iar bateria pierde energie mai repede. Am văzut acest lucru direct cu un test de dronă de fermă în primăvara anului trecut: după 50 de cicluri, timpul de zbor al bateriei cu stare solidă a scăzut cu 12% - nu este un dealbreaker, dar suficient încât fermierul să întrebe: „Se va înrăutăți acest lucru?” În acest moment, răspunsul este „poate”, până când producătorii își dau seama de materiale pentru electrozi mai durabile.

Friabilitatea este o altă durere de cap, mai ales pentru dronele care zboară în condiții dificile. Majoritatea electroliților solizi pe bază de ceramică sunt duri, dar nu flexibili. O echipă de căutare și salvare din Colorado a testat o baterie cu electrolit ceramic în iarna trecută; în timpul unei aterizări pe un teren stâncos, carcasa bateriei s-a crăpat (din fericire, fără foc), iar drona și-a pierdut puterea. Litiu-ion s-ar putea scurge în acest scenariu, dar de obicei continuă să funcționeze suficient de mult pentru a ateriza în siguranță. Pentru dronele care gestionează vibrațiile (cum ar fi scanerele de șantier) sau aterizările dure (cum ar fi dronele de monitorizare a faunei sălbatice), aceasta este o mare îngrijorare.

Chiar și dendritele cu litiu - acele structuri minuscule, asemănătoare unui ac, care scurtează bateriile cu litiu-ion - nu sunt complet dispărute. Sunt mai rare în stare solidă, dar am auzit de la inginerii de baterii că la viteze mari de încărcare (cum ar fi încărcarea de 3 minute a Panasonic), se pot forma dendrite. Este un risc mai mic, dar pentru operatorii care zboară deasupra zonelor aglomerate, „mai mic” nu este întotdeauna „suficient de bun”.

Căldura este o altă surpriză. Starea solidă este mai sigură la temperaturi ridicate decât ionul de litiu, dar nu disipă și căldura. O dronă folosită pentru sarcini de mare putere, cum ar fi ridicarea sarcinilor utile sau zburarea la viteză maximă pentru o perioadă lungă de timp, poate acumula rapid căldură. Am lucrat cu un client de logistică care a testat o dronă solid-state pentru livrări de pachete de 50 lb; după 25 de minute de zbor, bateria s-a fierbinte suficient încât software-ul dronei a forțat-o să aterizeze mai devreme. Au trebuit să adauge un radiator ușor, care reduce capacitatea de sarcină utilă, învingând o parte din scopul trecerii la stare solidă.

Și să nu uităm de scara de producție. În prezent, majoritatea bateriilor cu stare solidă sunt fabricate în loturi mici. Un operator de drone care are nevoie de 100 de baterii pe lună ar putea aștepta 6-8 săptămâni pentru livrare, în timp ce bateriile litiu-ion sunt în stoc în aceeași zi. Până când fabricile vor putea produce bateriile cu stare solidă la fel de repede (și ieftin) ca litiu-ion, adoptarea va rămâne lentă pentru toate, cu excepția celor mai mari echipe.

Când vine vorba de electroliții solizi înșiși, nu există nici un „unic pentru toate”. Ceramica este excelentă pentru conductivitate - lasă ionii să se miște rapid, ceea ce înseamnă mai multă putere - dar sunt fragile, așa cum am văzut. Polimerii sunt flexibili, așa că gestionează mai bine vibrațiile, dar sunt mai lenți la temperatura camerei - bine pentru o dronă agricolă care se mișcă lentă, dar răi pentru o dronă cu livrare rapidă. Sulfurile sunt calea de mijloc: bun conductivitate și flexibilitate, dar reacţionează la umiditate. Un operator de drone de coastă din Florida ne-a spus că trebuie să adauge o carcasă impermeabilă bateriilor pe bază de sulfură, ceea ce a adăugat greutate. Alegerea electrolitului potrivit depinde în totalitate de ceea ce face drona și de unde zboară.

Iată totuși vestea bună: fiecare provocare pe care am menționat-o este rezolvată, câte un test. Zborul lui EHang nu a fost o întâmplare; este un semn că producătorii își dau seama cum să adapteze starea solidă la drone. Bateria cu încărcare rapidă a Panasonic nu este doar un prototip, ci începe să fie livrată către clienți selectați. Și, pe măsură ce mai mulți operatori solicită o stare solidă, costurile vor scădea.

Pentru oricine care conduce o afacere cu drone în acest moment, întrebarea nu este „dacă” starea solidă va prelua – este „când și cum să se pregătească”. Începeți cu puțin: testați câteva baterii cu stare solidă cu dronele dvs. cele mai solicitate (cum ar fi livrarea sau căutarea și salvarea) și urmăriți economiile de timp și înlocuiri. Discutați cu furnizorul dvs. de baterii despre soluții personalizate - mulți sunt dispuși să modifice electroliții pentru cazul dvs. de utilizare specific.

Starea solidă nu este încă perfectă, dar este deja mai bună decât ionul de litiu în modurile care contează cel mai mult: zboruri mai lungi, operațiuni mai sigure și timpi de nefuncționare mai puțini. Și pe măsură ce problemele se rezolvă? Ne uităm la un viitor în care dronele nu doar „își fac treaba”, ci o fac mai rapid, mai ieftin și în mai multe locuri decât oricând.

Dacă sunteți curios despre ce baterie cu stare solidă are sens pentru dronele dvs. sau doriți să aflați mai multe despre testele pe care le-am efectuat cu clienții, scrieți-ne. Aceasta nu este doar o discuție tehnologică, ci este despre a face ca operațiunile cu drone să funcționeze mai mult pentru tine.