Szilárdtest-akkumulátorok a drónokban: győzelmek, akadályok és a következő lépések a kezelők számára

Az eredmény? 48 perces, 10 másodperces folyamatos repülés – valami olyasmi, ami pár éve még elképzelhetetlen lett volna lítium-ionnal. A térben bárki számára ez nem csak egy szám; ez bizonyíték arraszilárdtestmegoldhatja a drónkezelők két legnagyobb problémáját: a rövid repülési időket és a biztonsági aggodalmakat. Ez a tesztrepülés nem csak rekordot döntött meg – megmutatta, hogy az eVTOL-ok (és általában a drónok) hamarosan hosszabb, megbízhatóbb küldetéseket is teljesíteni tudnak anélkül, hogy a biztonsággal kapcsolatban szögeket kellene vágniuk.

A Panasonic is beugrott, aszilárdtest akkumulátorKifejezetten kisebb drónokhoz készült – és specifikációik nagyon kedvesek az elfoglalt kezelők számára. Képzelje el, hogy egy drón akkumulátorát 3 perc alatt 10%-ról 80%-ra tölti fel. Egy napi 20+ járatot futtató szállítócsapat esetében ez 30 percről (lítium-ionnal) szinte semmire csökkenti az állásidőt. Még jobb? Szobahőmérsékleten 10 000-100 000 töltési ciklust bír ki. Egy építőipari cég, amellyel együttműködünk, azt mondta nekünk, hogy 6 havonta cserélik a lítium-ion akkumulátorokat – ez a Panasonic opció 5+ évig is kibírja őket. Ez hatalmas költségmegtakarítást jelent, de azt is jelenti, hogy kevesebb akkumulátor kerül a szemétlerakókba – erre egyre gyakrabban kérdeznek rá az ügyfelek, amikor a fenntarthatóság felé hajlanak.

De itt van az a dolog, amit nem cukrozunk be az ügyfeleknek: a szilárdtestnek még mindig át kell ugrania, mielőtt minden drónba kerülne. Az elmúlt 6 hónapban több tucat kis- és közepes drónkezelővel beszélgettünk, és aggodalmaik ugyanazokhoz a kihívásokhoz kapcsolódnak, amelyek túlmutatnak a „papíron jó specifikációkon”.

Először vegye fel a költségeket. Az anyagok önmagukban drágábbak: ezekben az akkumulátorokban lévő szilárd elektrolitok többe kerülnek, mint a folyékony lítium-ionos elektrolitok, és az elkészítéséhez szükséges gépek? Nincsenek készen kaphatók. Egy texasi induló dróngyártó azt mondta nekünk, hogy szilárdtestre akarnak váltani, de az akkumulátor-beállításuk átszerelésének előzetes költsége felemésztette volna a teljes éves költségvetésüket. Az olyan nagy szereplők számára, mint az EHang vagy a Panasonic, ez kezelhető – de az üzemeltetők többsége számára ez jelenleg akadály.

Aztán ott van az „interfészstabilitási” probléma – divatos kifejezések egy egyszerű problémára: a szilárd elektrolitnak és az akkumulátor elektródáinak szoros, állandó érintkezésben kell maradniuk ahhoz, hogy jól működjenek. De minden alkalommal, amikor az akkumulátor tölt és kisül, az elektródák zsugorodnak és kissé kitágulnak. Idővel ez apró hézagokat hoz létre, és az akkumulátor gyorsabban veszít energiából. Ezt első kézből láthattuk egy mezőgazdasági drónteszten tavaly tavasszal: 50 ciklus után a szilárdtest-akkumulátor repülési ideje 12%-kal csökkent – ​​ez nem törés, de elég ahhoz, hogy a gazda megkérdezze: „Rosszabb lesz ez?” Jelenleg a válasz „talán”, amíg a gyártók ki nem találják a tartósabb elektródaanyagokat.

A ridegség egy másik fejfájást okoz, különösen a nehéz körülmények között repülő drónok számára. A legtöbb kerámia alapú szilárd elektrolit szívós, de nem rugalmas. Egy kutató-mentő csapat Coloradóban tesztelt egy kerámia-elektrolit akkumulátort tavaly télen; egy sziklás terepen történt leszállás során megrepedt az akkumulátor burkolata (szerencsére nem tűz), és a drón feszültsége megszűnt. Ebben az esetben a lítium-ion szivároghat, de általában elég sokáig működik a biztonságos leszálláshoz. A rezgéseket (például építkezési szkennereket) vagy kemény landolást (például a vadon élő állatok megfigyelésére szolgáló drónok) kezelő drónok esetében ez nagy aggodalomra ad okot.

Még a lítium-dendritek – azok az apró, tűszerű szerkezetek, amelyek rövidre zárják a lítium-ion akkumulátorokat – még nem tűntek el teljesen. Szilárdtestben ritkábbak, de az akkumulátormérnököktől azt hallottuk, hogy nagy töltési sebesség mellett (például a Panasonic 3 perces töltésénél) még mindig kialakulhatnak dendritek. Ez kisebb kockázatot jelent, de a zsúfolt területeken átrepülő üzemeltetők számára a „kisebb” nem mindig „elég jó”.

A meleg egy másik meglepetés. A szilárdtest biztonságosabb magas hőmérsékleten, mint a lítium-ion, de nem vezeti el a hőt. A nagy teljesítményű feladatokhoz – például nehéz rakományok emeléséhez vagy nagy sebességű repüléshez – használt drónok gyorsan felmelegíthetik a hőt. Egy logisztikai ügyféllel dolgoztunk, aki egy szilárdtest drónt tesztelt 50 font súlyú csomagszállításhoz; 25 perc repülés után az akkumulátor annyira felmelegedett, hogy a drón szoftvere korai leszállásra kényszerítette. Könnyű hűtőbordát kellett hozzáadniuk, ami csökkentette a hasznos teherbírást – ezzel részben meghiúsította a szilárdtestre váltás célját.

És ne feledkezzünk meg a gyártási méretekről sem. Jelenleg a legtöbb szilárdtest-akkumulátor kis tételekben készül. Egy havi 100 akkumulátort igénylő drónkezelő 6-8 hetet várhat a szállításra, míg a lítium-ion akkumulátorok még aznap raktáron vannak. Amíg a gyárak nem tudják olyan gyorsan (és olcsón) előállítani a szilárdtest-akkumulátorokat, mint a lítium-ion-akkumulátorokat, addig a legnagyobb csapatok kivételével az alkalmazás lassú marad.

Ha magukról a szilárd elektrolitokról van szó, akkor nincs „mindenre való egyforma” sem. A kerámiák kiválóan alkalmasak a vezetőképességre – engedik az ionok gyors mozgását, ami nagyobb teljesítményt jelent –, de törékenyek, mint láttuk. A polimerek rugalmasak, így jobban bírják a vibrációt, de szobahőmérsékleten lassabbak – ez megfelelő egy lassan mozgó mezőgazdasági drónhoz, de rossz egy gyors szállítású drónhoz. A szulfidok a középutat jelentik: jó vezetőképesség és rugalmasság, de reagálnak a nedvességre. Egy floridai tengerparti drónkezelő azt mondta nekünk, hogy vízhatlan burkolatot kellett hozzáadniuk a szulfid alapú akkumulátorokhoz, ami növelte a súlyt. A megfelelő elektrolit kiválasztása teljes mértékben attól függ, hogy mit csinál a drón – és hol repül.

Íme azonban a jó hír: minden általunk említett kihívást megoldunk, egy-egy tesztet. EHang repülése nem volt véletlen; ez annak a jele, hogy a gyártók kitalálják, hogyan szabják a szilárdtestet a drónokhoz. A Panasonic gyorsan tölthető akkumulátora nem csak egy prototípus – megkezdődik a kiszállítás a kiválasztott ügyfelek számára. És ahogy egyre több szolgáltató keres szilárdtestet, a költségek csökkennek.

Bárki számára, aki jelenleg drónokkal foglalkozik, nem az a kérdés, hogy „átveszi-e” a szilárdtest irányítás, hanem az, hogy „mikor és hogyan kell felkészülni”. Kezdje kicsiben: teszteljen néhány szilárdtest akkumulátort a legigényesebb drónjaival (például szállítás vagy keresés és mentés), és kövesse nyomon az időmegtakarítást és a cseréket. Beszéljen akkumulátor-beszállítójával az egyedi megoldásokról – sokan hajlandók az elektrolitokat az Ön konkrét felhasználási esetéhez igazítani.

A szilárdtest még nem tökéletes, de a legfontosabb szempontok szerint már jobb, mint a lítium-ion: hosszabb repülés, biztonságosabb működés és kevesebb állásidő. És ahogy a csavarodások kidolgozódnak? Olyan jövőt nézünk, ahol a drónok nem csak „elvégzik a munkát” – gyorsabban, olcsóbban és több helyen végzik el, mint valaha.

Ha kíváncsi arra, hogy melyik szilárdtest akkumulátor használható drónjaihoz, vagy szeretne többet megtudni az ügyfelekkel végzett tesztekről, írjon nekünk. Ez nem csak technológiai beszélgetés – arról szól, hogy a drónműveleteket megnehezítsük.