Μπαταρίες στερεάς κατάστασης σε drones: νίκες, εμπόδια και τι ακολουθεί για τους χειριστές

Το αποτέλεσμα; Μια συνεχής πτήση 48 λεπτών και 10 δευτερολέπτων - κάτι που θα ήταν αδιανόητο με ιόντα λιθίου μόλις πριν από λίγα χρόνια. Για οποιονδήποτε στο χώρο, αυτό δεν είναι απλώς ένας αριθμός. είναι απόδειξη αυτούστερεάς κατάστασηςμπορεί να διορθώσει δύο από τα μεγαλύτερα προβλήματα των χειριστών drone: σύντομους χρόνους πτήσης και ανησυχίες για την ασφάλεια. Αυτή η δοκιμαστική πτήση δεν έσπασε απλώς ένα ρεκόρ - έδειξε ότι τα eVTOL (και τα drones, γενικά) θα μπορούσαν σύντομα να χειριστούν μεγαλύτερες, πιο αξιόπιστες αποστολές χωρίς να περιορίσουν την ασφάλεια.

Πήδηξε και η Panasonic, με αμπαταρία στερεάς κατάστασηςκατασκευασμένο ειδικά για μικρότερα drones—και οι προδιαγραφές τους έφτασαν σε καλό σημείο για τους πολυάσχολους χειριστές. Φανταστείτε να φορτίζετε μια μπαταρία drone από 10% σε 80% σε 3 λεπτά. Για μια ομάδα παράδοσης που εκτελεί 20+ πτήσεις την ημέρα, μειώνει τον χρόνο διακοπής λειτουργίας από 30 λεπτά (με ιόντα λιθίου) σχεδόν σε τίποτα. Ακόμα καλύτερα; Διαρκεί 10.000 έως 100.000 κύκλους φόρτισης σε θερμοκρασία δωματίου. Μια κατασκευαστική εταιρεία με την οποία συνεργαζόμαστε μας είπε ότι αντικαθιστούν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου κάθε 6 μήνες—αυτή η επιλογή της Panasonic θα μπορούσε να διαρκέσει 5+ χρόνια. Αυτό είναι μια τεράστια εξοικονόμηση κόστους, αλλά σημαίνει επίσης ότι λιγότερες μπαταρίες καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής - κάτι για το οποίο οι πελάτες ρωτούν όλο και περισσότερο καθώς κλίνουν προς τη βιωσιμότητα.

Αλλά εδώ είναι το πράγμα που δεν επικαλούμαστε για τους πελάτες: η στερεά κατάσταση έχει ακόμα κρίκους για να πηδήξετε πριν μπει σε κάθε drone. Έχουμε μιλήσει με δεκάδες χειριστές μικρών και μεσαίων drone τους τελευταίους 6 μήνες και οι ανησυχίες τους επιστρέφουν στις ίδιες προκλήσεις – αυτές που ξεπερνούν τις «καλές προδιαγραφές σε χαρτί».

Πάρτε πρώτα το κόστος. Τα υλικά από μόνα τους είναι ακριβότερα: οι στερεοί ηλεκτρολύτες σε αυτές τις μπαταρίες κοστίζουν περισσότερο από τους υγρούς σε ιόντα λιθίου και τα μηχανήματα που χρειάζονται για την κατασκευή τους; Δεν είναι εκτός ραφιού. Ένας startup κατασκευαστής drone στο Τέξας μας είπε ότι ήθελαν να στραφούν σε στερεά κατάσταση, αλλά το αρχικό κόστος για την ανανέωση της εγκατάστασης της μπαταρίας τους θα είχε καταναλώσει ολόκληρο τον ετήσιο προϋπολογισμό τους. Για μεγάλους παίκτες όπως η EHang ή η Panasonic, αυτό είναι διαχειρίσιμο - αλλά για την πλειοψηφία των χειριστών, είναι εμπόδιο αυτή τη στιγμή.

Έπειτα, υπάρχει το πρόβλημα της «σταθερότητας της διεπαφής» - φανταχτεροί όροι για ένα απλό ζήτημα: ο στερεός ηλεκτρολύτης και τα ηλεκτρόδια της μπαταρίας πρέπει να παραμένουν σε σφιχτή, σταθερή επαφή για να λειτουργούν καλά. Αλλά κάθε φορά που η μπαταρία φορτίζεται και αποφορτίζεται, τα ηλεκτρόδια συρρικνώνονται και διαστέλλονται λίγο. Με την πάροδο του χρόνου, αυτό δημιουργεί μικροσκοπικά κενά και η μπαταρία χάνει ισχύ πιο γρήγορα. Το είδαμε αυτό από πρώτο χέρι με μια δοκιμή αγροτικού drone την περασμένη άνοιξη: μετά από 50 κύκλους, ο χρόνος πτήσης της μπαταρίας στερεάς κατάστασης μειώθηκε κατά 12%—όχι κάτι που αποκλείστηκε, αλλά αρκετά ώστε ο αγρότης ρώτησε: «Θα χειροτερέψει αυτό;» Αυτήν τη στιγμή, η απάντηση είναι «ίσως», έως ότου οι κατασκευαστές καταλάβουν πιο ανθεκτικά υλικά ηλεκτροδίων.

Η ευθραυστότητα είναι ένας άλλος πονοκέφαλος, ειδικά για τα drones που πετούν σε δύσκολες συνθήκες. Οι περισσότεροι στερεοί ηλεκτρολύτες με βάση το κεραμικό είναι σκληροί, αλλά όχι εύκαμπτοι. Μια ομάδα έρευνας και διάσωσης στο Κολοράντο δοκίμασε μια μπαταρία κεραμικού ηλεκτρολύτη τον περασμένο χειμώνα. κατά τη διάρκεια μιας προσγείωσης σε βραχώδες έδαφος, το περίβλημα της μπαταρίας έσπασε (ευτυχώς, χωρίς φωτιά) και το drone έχασε την ισχύ. Σε αυτό το σενάριο μπορεί να διαρρεύσει ιόντα λιθίου, αλλά συνήθως συνεχίζει να λειτουργεί αρκετά για να προσγειωθεί με ασφάλεια. Για drones που χειρίζονται κραδασμούς (όπως σαρωτές εργοταξίου) ή σκληρές προσγειώσεις (όπως drones παρακολούθησης άγριας ζωής), αυτό είναι μια μεγάλη ανησυχία.

Ακόμη και οι δενδρίτες λιθίου -αυτές οι μικροσκοπικές, βελονοειδείς δομές που βραχυκυκλώνουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου- δεν έχουν εξαφανιστεί πλήρως. Είναι πιο σπάνιοι σε στερεά κατάσταση, αλλά έχουμε ακούσει από μηχανικούς μπαταριών ότι σε υψηλές ταχύτητες φόρτισης (όπως η φόρτιση 3 λεπτών της Panasonic), μπορούν ακόμα να σχηματιστούν δενδρίτες. Είναι μικρότερος κίνδυνος, αλλά για τους αερομεταφορείς που πετούν πάνω από πολυσύχναστες περιοχές, το «μικρότερο» δεν είναι πάντα «αρκετά καλό».

Η ζέστη είναι μια άλλη έκπληξη. Η στερεά κατάσταση είναι ασφαλέστερη σε υψηλές θερμοκρασίες από τα ιόντα λιθίου, αλλά δεν διαχέει επίσης τη θερμότητα. Ένα drone που χρησιμοποιείται για εργασίες υψηλής ισχύος—όπως η ανύψωση βαρέων ωφέλιμων φορτίων ή το να πετάει με τελική ταχύτητα για μεγάλο χρονικό διάστημα—μπορεί να συγκεντρώσει θερμότητα γρήγορα. Συνεργαστήκαμε με έναν πελάτη logistics που δοκιμάζει ένα drone στερεάς κατάστασης για παραδόσεις πακέτων 50 lb. Μετά από 25 λεπτά πτήσης, η μπαταρία θερμάνθηκε αρκετά που το λογισμικό του drone το ανάγκασε να προσγειωθεί νωρίς. Έπρεπε να προσθέσουν μια ελαφριά ψύκτρα, η οποία μείωσε τη χωρητικότητα του ωφέλιμου φορτίου – καταργώντας μέρος του σκοπού της μετάβασης σε στερεά κατάσταση.

Και ας μην ξεχνάμε την κλίμακα κατασκευής. Αυτήν τη στιγμή, οι περισσότερες μπαταρίες στερεάς κατάστασης κατασκευάζονται σε μικρές παρτίδες. Ένας χειριστής drone που χρειάζεται 100 μπαταρίες το μήνα μπορεί να περιμένει 6-8 εβδομάδες για την παράδοση, ενώ οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι σε απόθεμα την ίδια μέρα. Μέχρι να μπορέσουν τα εργοστάσια να παράγουν μπαταρίες στερεάς κατάστασης τόσο γρήγορα (και φθηνά) όσο τα ιόντα λιθίου, η υιοθέτηση θα παραμείνει αργή για όλες εκτός από τις μεγαλύτερες ομάδες.

Όταν πρόκειται για τους ίδιους τους στερεούς ηλεκτρολύτες, δεν υπάρχει ούτε "ένα μέγεθος που ταιριάζει σε όλους". Τα κεραμικά είναι εξαιρετικά για αγωγιμότητα - αφήνουν τα ιόντα να κινούνται γρήγορα, που σημαίνει περισσότερη ισχύς - αλλά είναι εύθραυστα, όπως είδαμε. Τα πολυμερή είναι εύκαμπτα, επομένως χειρίζονται καλύτερα τους κραδασμούς, αλλά είναι πιο αργά σε θερμοκρασία δωματίου—καλά για ένα γεωργικό drone αργής κίνησης, αλλά κακά για ένα drone γρήγορης παράδοσης. Τα σουλφίδια είναι η μέση λύση: καλή αγωγιμότητα και ευελιξία, αλλά αντιδρούν στην υγρασία. Ένας χειριστής παράκτιων drone στη Φλόριντα μας είπε ότι έπρεπε να προσθέσουν ένα αδιάβροχο περίβλημα σε μπαταρίες με βάση το σουλφίδιο, το οποίο πρόσθεσε βάρος. Η επιλογή του σωστού ηλεκτρολύτη εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το τι κάνει το drone—και από πού πετάει.

Ωστόσο, εδώ είναι τα καλά νέα: κάθε πρόκληση που αναφέραμε λύνεται, μια δοκιμή τη φορά. Η πτήση του EHang δεν ήταν τυχαία. είναι ένα σημάδι ότι οι κατασκευαστές ανακαλύπτουν πώς να προσαρμόσουν τη στερεά κατάσταση στα drones. Η μπαταρία ταχείας φόρτισης της Panasonic δεν είναι απλώς ένα πρωτότυπο – αρχίζει να αποστέλλεται σε επιλεγμένους πελάτες. Και καθώς περισσότεροι φορείς εκμετάλλευσης απαιτούν στερεά κατάσταση, το κόστος θα μειωθεί.

Για όποιον διαχειρίζεται μια επιχείρηση drone αυτή τη στιγμή, το ερώτημα δεν είναι «αν» θα αναλάβει η στερεά κατάσταση - είναι «πότε και πώς να προετοιμαστείτε». Ξεκινήστε από μικρή: δοκιμάστε μερικές μπαταρίες στερεάς κατάστασης με τα drones σας με τις περισσότερες απαιτήσεις (όπως παράδοση ή έρευνα και διάσωση) και παρακολουθήστε την εξοικονόμηση χρόνου και τις αντικαταστάσεις. Μιλήστε με τον προμηθευτή μπαταριών σας για προσαρμοσμένες λύσεις—πολλοί είναι πρόθυμοι να τροποποιήσουν τους ηλεκτρολύτες για τη συγκεκριμένη περίπτωση χρήσης σας.

Η στερεά κατάσταση δεν είναι ακόμα τέλεια, αλλά είναι ήδη καλύτερη από τα ιόντα λιθίου με τους τρόπους που έχουν μεγαλύτερη σημασία: μεγαλύτερες πτήσεις, ασφαλέστερες λειτουργίες και λιγότερο χρόνο διακοπής λειτουργίας. Και καθώς λύνονται οι στροφές; Κοιτάμε ένα μέλλον όπου τα drones δεν «κάνουν απλώς τη δουλειά» - το κάνουν πιο γρήγορα, φθηνότερα και σε περισσότερα μέρη από ποτέ.

Αν είστε περίεργοι για το ποια μπαταρία στερεάς κατάστασης έχει νόημα για τα drones σας ή θέλετε να μάθετε περισσότερα για τις δοκιμές που έχουμε κάνει με πελάτες, στείλτε μας μια γραμμή. Αυτό δεν είναι μόνο τεχνολογική συζήτηση - είναι να κάνετε τις λειτουργίες σας με drone να λειτουργούν πιο σκληρά για εσάς.