Твърди батерии в дронове: победи, препятствия и какво следва за операторите

Резултатът? 48-минутен и 10-секунден непрекъснат полет – нещо, което би било немислимо с литиево-йонните само преди няколко години. За всеки в пространството това не е просто число; това е доказателство за товатвърдотеленможе да коригира две от най-големите проблеми на операторите на дронове: кратко време на полет и опасения за безопасността. Този тестов полет не просто счупи рекорд – той показа, че eVTOL (и дроновете, като цяло) скоро могат да се справят с по-дълги, по-надеждни мисии, без да намаляват безопасността.

Panasonic също се включи с aтвърда батериясъздадени специално за по-малки дронове – и спецификациите им се харесват на заетите оператори. Представете си как зареждате батерията на дрон от 10% до 80% за 3 минути. За екип за доставка, изпълняващ 20+ полета на ден, това намалява времето за престой от 30 минути (с литиево-йонни) до почти нищо. Още по-добре? Издържа от 10 000 до 100 000 цикъла на зареждане при стайна температура. Строителна компания, с която работим, ни каза, че сменят литиево-йонните батерии на всеки 6 месеца - тази опция на Panasonic може да им издържи 5+ години. Това е огромна икономия на разходи, но също така означава по-малко батерии, завършващи на сметищата – нещо, за което клиентите все повече се питат, тъй като се облягат на устойчивостта.

Но ето нещото, което не подслаждаме на клиентите: твърдотелният все още има обръчи, през които да прескочи, преди да е във всеки дрон. Разговаряхме с десетки оператори на малки и средни дронове през последните 6 месеца и всичките им опасения се връщат към същите предизвикателства – такива, които надхвърлят „добрите спецификации на хартия“.

Първо вземете разходите. Материалите сами по себе си са по-скъпи: твърдите електролити в тези батерии струват повече от течните литиево-йонни, а машините, необходими за производството им? Те не са готови. Стартиращ производител на дронове в Тексас ни каза, че искат да преминат към твърдо състояние, но първоначалните разходи за преоборудване на настройката на батерията им биха изяли целия им годишен бюджет. За големи играчи като EHang или Panasonic това е управляемо, но за повечето оператори това е бариера в момента.

След това има проблемът със „стабилността на интерфейса“ – фантастични термини за прост проблем: твърдият електролит и електродите на батерията трябва да останат в тесен, постоянен контакт, за да работят добре. Но всеки път, когато батерията се зарежда и разрежда, електродите се свиват и разширяват малко. С течение на времето това създава малки пропуски и батерията губи енергия по-бързо. Видяхме това от първа ръка с тест на селскостопански дрон миналата пролет: след 50 цикъла, времето за полет на твърдотелната батерия спадна с 12% - не нарушение на сделката, но достатъчно, че фермерът попита: „Ще стане ли по-лошо?“ В момента отговорът е „може би“, докато производителите не измислят по-издръжливи материали за електроди.

Чупливостта е друго главоболие, особено за дронове, които летят в тежки условия. Повечето твърди електролити на основата на керамика са здрави, но не и гъвкави. Екип за търсене и спасяване в Колорадо тества керамично-електролитна батерия миналата зима; по време на кацане върху скалист терен, корпусът на батерията се спука (за щастие, нямаше пожар) и дронът загуби мощност. Литиевият йон може да изтече при този сценарий, но обикновено продължава да работи достатъчно дълго, за да кацне безопасно. За дронове, които се справят с вибрации (като скенери на строителни обекти) или твърди кацания (като дронове за наблюдение на диви животни), това е голям проблем.

Дори литиевите дендрити – тези малки игловидни структури, които дават на късо литиево-йонните батерии – не са изчезнали напълно. Те са по-редки в твърдо състояние, но сме чували от инженери на батерии, че при високи скорости на зареждане (като 3-минутното зареждане на Panasonic) все още могат да се образуват дендрити. Това е по-малък риск, но за операторите, летящи над многолюдни зони, „по-малък“ не винаги е „достатъчно добър“.

Топлината е друга изненада. Твърдото състояние е по-безопасно при високи температури от литиево-йонния, но не разсейва топлината добре. Дрон, използван за задачи с висока мощност - като повдигане на тежки товари или летене с максимална скорост за дълго време - може да натрупа топлина бързо. Работихме с логистичен клиент, тестващ дрон в твърдо състояние за доставки на пакети от 50 фунта; след 25 минути полет батерията се нагорещи достатъчно, че софтуерът на дрона го принуди да кацне по-рано. Те трябваше да добавят лек радиатор, който намали капацитета на полезен товар - побеждавайки част от целта за преминаване към твърдо състояние.

И да не забравяме производствения мащаб. В момента повечето твърдотелни батерии се произвеждат в малки партиди. Оператор на дрон, който се нуждае от 100 батерии на месец, може да чака 6-8 седмици за доставка, докато литиево-йонните батерии са на склад още същия ден. Докато фабриките не успеят да произвеждат твърдотелни батерии толкова бързо (и евтино) като литиево-йонните, приемането ще остане бавно за всички, освен за най-големите екипи.

Що се отнася до самите твърди електролити, също няма „универсален размер за всички“. Керамиката е страхотна за проводимост - позволява на йоните да се движат бързо, което означава повече мощност - но те са крехки, както видяхме. Полимерите са гъвкави, така че се справят по-добре с вибрациите, но са по-бавни при стайна температура – ​​добре за бавно движещ се селскостопански дрон, но лошо за бърз дрон за доставка. Сулфидите са средата: добра проводимост и гъвкавост, но реагират на влага. Оператор на брегови дронове във Флорида ни каза, че трябва да добавят водоустойчив корпус към базираните на сулфид батерии, което добавя тегло. Изборът на правилния електролит зависи изцяло от това какво прави дронът и къде лети.

Ето обаче добрата новина: всяко предизвикателство, което споменахме, се решава, един тест наведнъж. Полетът на EHang не беше случайност; това е знак, че производителите измислят как да пригодят твърдото състояние към дронове. Батерията за бързо зареждане на Panasonic не е просто прототип – тя започва да се доставя на избрани клиенти. И тъй като повече оператори изискват твърдотелни устройства, разходите ще намалеят.

За всеки, който управлява бизнес с дронове в момента, въпросът не е „дали“ твърдото състояние ще поеме – а „кога и как да се подготвим“. Започнете с малко: тествайте няколко твърдотелни батерии с вашите най-търсени дронове (като доставка или търсене и спасяване) и проследете спестяванията на време и замяна. Говорете с вашия доставчик на батерии за персонализирани решения - много от тях са готови да променят електролитите за вашия конкретен случай на употреба.

Твърдото състояние все още не е съвършено, но вече е по-добро от литиево-йонното по най-важните начини: по-дълги полети, по-безопасни операции и по-малко време на престой. И тъй като пречупванията се разработиха? Гледаме към бъдеще, в което дроновете не просто „вършат работата“ – те я правят по-бързо, по-евтино и на повече места от всякога.

Ако сте любопитни коя твърдотелна батерия е подходяща за вашите дронове или искате да научите повече за тестовете, които сме провели с клиенти, пишете ни. Това не са просто технически разговори – става дума за това да накарате вашите операции с дрон да работят по-трудно за вас.