Kaip kietojo kūno baterijos dronams ir ličio jonų?

1. Baterijos patvarumas jau seniai buvo esminis komercinių ir karinių bei civilinių dvejopo naudojimo bepiločių orlaivių eksploatavimo apribojimas.

Nesvarbu, ar tai būtų infrastruktūros tikrinimas, žemės ūkio tyrimai, paieškos ir gelbėjimo misijos, ar karinė žvalgyba, skrydžio trukmė tiesiogiai riboja veikimo diapazoną ir naudingosios apkrovos pajėgumus.

Nors tradicinės ličio jonų baterijos išlieka pramonės standartu, idealiomis sąlygomis jos vis tiek apriboja profesionalių dronų skrydžio laiką iki 20–60 minučių. Aplinkos veiksniai ir naudingoji apkrova dar labiau sumažina faktinę misijos trukmę. Ši kliūtis verčia operatorius atlikti sudėtingą logistikos planavimą, dažnai keisti baterijas ir apriboti misijos sudėtingumą.

2. Ličio jonų ir kietojo kūno baterijos: techninis palyginimas

Ličio jonų baterijos: dabartinis veikimas ir apribojimai

Ličio jonų baterijos naudoja skystus elektrolitus, kad perneštų ličio jonus tarp elektrodų. Pagrindiniai jų pranašumai yra šie: santykinai didelis energijos tankis (iki 250 Wh/kg), greito įkrovimo galimybė ir brandus gamybos mastas su ekonomišku efektyvumu, išvystytu per dešimtmečius trunkančius laipsniškus patobulinimus. Ši technologija yra įrodyta, patikima ir plačiai pritaikyta, o tai yra visapusiškas pritaikymas komerciniame dronų sektoriuje.

3. Tačiau ličio jonų baterijos turi ir didelių trūkumų:

Skrydžio trukmę riboja esama viršutinė praktinio energijos tankio riba.

Saugumas tebėra esminis rūpestis: skysti elektrolitai yra degūs, todėl gali kilti terminis dingimas ir katastrofiškas gedimas, ypač esant atšiaurioms aplinkoms arba po smūgio.

Akumuliatoriaus naudojimo trukmė tiesiogiai koreliuoja su įkrovimo-iškrovimo ciklais; našumas gerokai pablogėja viršijant tam tikrą ciklų skaičių.

Ličio jonų akumuliatoriai yra labai jautrūs ekstremalioms temperatūroms: žema temperatūra sumažina našumą, o aukšta temperatūra padidina gaisro pavojų.

4. Kietojo kūno akumuliatoriai: kitas technologinis šuolis?

Kietojo kūno baterijose (SSB) pasiekiama esminė struktūrinė naujovė, skystus elektrolitus pakeičiant kietojo kūno elektrolitais (paprastai keraminėmis, stiklinėmis ar polimerinėmis matricomis). Naujausiose ataskaitose teigiama, kad kietojo kūno baterijos gali pasiekti energijos tankį, viršijantį 400 Wh/kg, o kai kurie tyrimai rodo dar didesnį potencialą. Teoriškai šis šuolis reiškia, kad dronai gali pailginti skrydžio laiką arba gabenti daugiau įrangos tam pačiam akumuliatoriaus svoriui. Šie pagrindiniai punktai yra vertinga nuoroda vertinant ličio jonų pranašumus ir trūkumus, palyginti su kietojo kūno baterijų technologijomis, skirtomis dronams.

Pagrindiniai pranašumai, pabrėžti pramonės ataskaitose ir tyrimuose, yra šie:

Žymiai padidintas energijos tankis: kietojo kūno baterijos gali pratęsti komercinių bepiločių orlaivių skrydžio nuotolius du ar tris kartus, o tai leidžia atlikti kelių valandų operacijas, gerokai pranokstančias dabartinę ličio jonų technologiją.

Didesnė sauga: nedegūs kietieji elektrolitai drastiškai sumažina gaisro ir sprogimo riziką – tai itin svarbu dirbant tankiai apgyvendintose arba jautriose vietose.

Pailgintas eksploatavimo laikas: kietojo kūno akumuliatoriai atlaiko tūkstančius įkrovimo-iškrovimo ciklų be degradacijos, o tai žada mažesnes bendras nuosavybės išlaidas komerciniams ir kariniams laivyno operatoriams.

Puikus našumas esant ekstremalioms temperatūroms: kietieji elektrolitai išlaiko stabilumą poliarinėje ar dykumos aplinkoje, išplečiant dislokavimo diapazonus kritinėms dronų misijoms.

Žemės ūkio sektoriuje su šiomis baterijomis aprūpinti dronai gali nepertraukiamai veikti didžiulėse teritorijose, nereikia įkrauti skrydžio viduryje, atlikti tokias užduotis kaip pasėlių stebėjimas, purškimas pesticidais ir dirvožemio analizė. Jų kompaktiška konstrukcija leidžia judriai manevruoti uždarose erdvėse, pavyzdžiui, soduose.

Gelbėjimo komandos taip pat naudoja šias baterijas reaguodamos į avarijas. Dronai gali greitai pasiekti nelaimės zonas, kad pristatytų pagalbą, gabentų vaistus, ieškotų išgyvenusiųjų ir apžiūrėtų žalą žmonėms nepasiekiamose vietose. Šios baterijos ypač gerai veikia ekstremaliose aplinkose, užtikrindamos patikimą veikimą kritiškiausiais momentais.

5. Naujos bepiločių orlaivių eros pradžia

Kietojo kūno akumuliatoriaižada iš esmės pakeisti dronų pramonę, iš esmės padidinant komercinių ir dvejopo naudojimo platformų patvarumą ir misijos galimybes. Nors artimiausioje ateityje tradicinės ličio jonų baterijos išliks dominuojančios dėl kainų ir tiekimo pranašumų, kietojo kūno baterijų atsiradimas žymi naujo mobilumo iš oro skyriaus pradžią – bepiločiams orlaiviams išsivadavus nuo baterijos veikimo laiko apribojimų, jų galimybės bus apibrėžtos iš naujo.