Drone szilárdtest akkumulátorok hideg időjárási repülésekhez

A súlyos hideg időjárás mindig is komoly kihívást jelentett a pilóta nélküli légi járművek teljesítménye és megbízhatósága szempontjából. Az alacsony hőmérséklet jelentősen csökkentheti a hagyományos akkumulátorok kémiai aktivitását, ami az akkumulátor élettartamának meredek csökkenéséhez, feszültségeséshez és akár hirtelen áramkimaradásokhoz is vezethet, ami a kritikus repülési feladatokat veszélyezteti. Félszilárd állapotú akkumulátorok – vadonatúj megoldást kínálnak a súlyos hideg leküzdésére.

Miért az alacsony hőmérséklet a hagyományos drone akkumulátorok „ősellensége”?

A hagyományos lítium-polimer (LiPo) akkumulátorok kínos helyzete alacsony hőmérsékleten:

Az alacsony hőmérséklet jelentősen befolyásolhatja a drón akkumulátorok teljesítményét, ami lerövidítheti a repülési időt, és hatással lehet a küldetésre.

Elektrolit megszilárdulása: Alacsony hőmérsékleten az akkumulátor belsejében lévő folyékony elektrolit viszkózussá válik, vagy akár részben megszilárdul, ami nagymértékben akadályozza a lítium-ionok mozgási sebességét.

A belső ellenállás meredek növekedése: Az ionok mozgásának akadályozása közvetlenül az akkumulátor belső ellenállásának növekedéséhez vezet. A repülés fenntartása érdekében az akkumulátor feszültsége meredeken leesik (feszültségesés), ami kiváltja a drón lemerült akkumulátorának védelmi mechanizmusát, és korábbi leszállásra kényszeríti a repülőgépet.

Súlyos kapacitáscsökkenés: 0°C-os környezetben a hagyományos LiPo akkumulátorok kapacitása 30-50%-kal csökkenhet. Még szélsőségesebb alacsony hőmérsékleten a teljesítménycsökkenés még elképesztőbb.

Töltési veszély: Az akkumulátorok alacsony hőmérsékleten történő töltése a lítium-fém kiszivárgását okozhatja, ami tartósan károsíthatja az akkumulátort, és rövidzárlat és tűzveszélyt jelenthet.

Szilárdtest akkumulátorok, mint átmeneti technológia, zseniálisan integrálja a hagyományos folyékony akkumulátorok és a teljesen szilárd akkumulátorok előnyeit. A mag az elektróda anyagok szilárd elektrolitokkal és kis mennyiségű elektrolittal való összekeverésében rejlik, hogy egy gélszerű anyaghoz hasonló félszilárd mátrixot képezzenek.

Szilárdtest akkumulátoroka laboratóriumból az alkalmazások élvonalába költöznek. Tehát pontosan hogyan működik ez a nagyon várt technológia? Hogyan változtatja meg a drónok jövőjét?

A szilárdtest akkumulátorok működési folyamata makroszkopikusan hasonló a lítium-polimer akkumulátorokéhoz, továbbra is a lítium-ionok migrációjával jár a pozitív és negatív elektródák között. A mikroszintű megvalósítási módok azonban a különbségek világát idézik elő.

Szilárd elektrolitok: Általában speciális szilárd anyagokból készülnek, például kerámiából, szulfidokból vagy polimerekből. Ezek az anyagok rendkívül magas ionvezető képességgel rendelkeznek, lehetővé téve a lítium-ionok gyors áthaladását, miközben szigetelik az elektronokat is, tökéletesen kombinálva a két fő funkciót, a vezetést és az izolálást.

Munkafolyamat

Amikor egy akkumulátort töltünk vagy kisütünk, a lítium-ionok (Li⁺) elektromos tér hatására ide-oda mozognak a pozitív és negatív elektródák között a szilárd elektroliton keresztül, amely szilárd "hídként" szolgál. Az elektronok (e⁻) átfolynak a külső áramkörön, ezáltal elektromos áramot képezve a pilóta nélküli légi jármű táplálására.

A szilárdtest-akkumulátorok tervezésénél az egyik legfontosabb kihívás, függetlenül a használt szilárd elektrolit típusától, az elektrolit és az elektróda közötti interfész optimalizálása. A folyékony elektrolitokkal ellentétben, amelyek könnyen tapadnak az elektródák felületére, a szilárd elektrolitokat gondosan meg kell tervezni, hogy biztosítsák a jó érintkezést és a hatékony ionátvitelt.

A belső ellenállás meredek növekedése: Az ionok mozgásának akadályozása közvetlenül az akkumulátor belső ellenállásának növekedéséhez vezet. A repülés fenntartása érdekében az akkumulátor feszültsége meredeken leesik (feszültségesés), ami kiváltja a drón lemerült akkumulátorának védelmi mechanizmusát, és korábbi leszállásra kényszeríti a repülőgépet.