Kietojo kūno baterijos dronuose: laimėjimai, kliūtys ir kas toliau operatoriams

Rezultatas? 48 minučių, 10 sekundžių nepertraukiamas skrydis – tai, kas prieš kelerius metus būtų buvę neįsivaizduojama naudojant ličio jonus. Kiekvienam erdvėje tai nėra tik skaičius; tai to įrodymaskietojo kūnogali išspręsti dvi didžiausias dronų operatorių problemas: trumpą skrydžio laiką ir saugumo rūpesčius. Šis bandomasis skrydis ne tik sumušė rekordą, bet ir parodė, kad eVTOL (ir apskritai dronai) netrukus galės atlikti ilgesnes, patikimesnes misijas, nesumažinant saugumo.

„Panasonic“ taip pat įsitraukė su akietojo kūno akumuliatoriussukurtas specialiai mažesniems dronams, o jų specifikacijos patiko užimtiems operatoriams. Įsivaizduokite, kad drono bateriją įkraunate nuo 10% iki 80% per 3 minutes. Pristatymo komandai, vykdančiam daugiau nei 20 skrydžių per dieną, prastovos laikas sutrumpėja nuo 30 minučių (su ličio jonais) iki beveik nieko. Dar geriau? Kambario temperatūroje jis trunka nuo 10 000 iki 100 000 įkrovimo ciklų. Statybų įmonė, su kuria dirbame, mums pasakė, kad ličio jonų baterijas keičia kas 6 mėnesius – ši „Panasonic“ parinktis gali tarnauti 5 ir daugiau metų. Taip sutaupoma daug išlaidų, tačiau tai taip pat reiškia, kad sąvartynuose atsiduria mažiau baterijų – apie ką klientai vis dažniau klausia, siekdami tvarumo.

Tačiau čia yra dalykas, kurio mes nepriekaištaujame klientams: kietojo kūno vis dar reikia peršokti, kol jis nepateks į kiekvieną drone. Per pastaruosius 6 mėnesius kalbėjomės su daugybe mažų ir vidutinių bepiločių orlaivių operatorių, ir jų rūpesčiai grįžta prie tų pačių iššūkių – tokių, kurie neapsiriboja „geromis specifikacijomis popieriuje“.

Pirmiausia paimkite išlaidas. Vien medžiagos yra brangesnės: kietieji elektrolitai šiuose akumuliatoriuose kainuoja daugiau nei skysti ličio jonų, o mašinos, reikalingos jiems gaminti? Jie nėra paruošti. Pradedantis bepiločių orlaivių gamintojas Teksase mums pasakė, kad nori pereiti prie kietojo kūno, tačiau išankstinės baterijos sąrankos pertvarkymo išlaidos būtų suvalgusios visą jų metinį biudžetą. Didiesiems žaidėjams, tokiems kaip „EHang“ ar „Panasonic“, tai įmanoma, tačiau daugumai operatorių šiuo metu tai yra kliūtis.

Tada yra „sąsajos stabilumo“ problema – įmantrios paprastos problemos sąvokos: kietas elektrolitas ir akumuliatoriaus elektrodai turi palaikyti tvirtą ir nuoseklų ryšį, kad gerai veiktų. Tačiau kiekvieną kartą, kai akumuliatorius įkraunamas ir išsikrauna, elektrodai šiek tiek susitraukia ir išsiplečia. Laikui bėgant susidaro nedideli tarpai, o baterija greičiau praranda energiją. Tai pamatėme iš pirmų lūpų atlikdami ūkio drono testą praėjusį pavasarį: po 50 ciklų kietojo kūno baterijos skrydžio laikas sumažėjo 12 % – tai nėra sandorio nutraukimas, bet pakankamai, kad ūkininkas paklaustų: „Ar bus dar blogiau? Šiuo metu atsakymas yra „galbūt“, kol gamintojai išsiaiškins patvaresnes elektrodų medžiagas.

Trapumas yra dar vienas galvos skausmas, ypač dronams, kurie skraido sunkiomis sąlygomis. Dauguma keraminių kietų elektrolitų yra kieti, bet ne lankstūs. Paieškos ir gelbėjimo komanda Kolorado valstijoje praėjusią žiemą išbandė keraminį elektrolitinį akumuliatorių; nusileidus uolėtoje vietovėje įtrūko akumuliatoriaus korpusas (laimei, gaisro nebuvo), bepiločio orlaivio maitinimas dingo. Tokiu atveju ličio jonai gali nutekėti, tačiau paprastai jis veikia pakankamai ilgai, kad galėtų saugiai nusileisti. Tai kelia didelį susirūpinimą dronams, kurie valdo vibraciją (pvz., statybvietės skeneriai) arba sunkiai nusileidžia (pvz., laukinės gamtos stebėjimo dronai).

Net ličio dendritai – tos mažytės, į adatą panašios struktūros, kurios trumpina ličio jonų baterijas – nėra visiškai išnykusios. Kietojo kūno jie yra retesni, tačiau iš akumuliatorių inžinierių girdėjome, kad esant dideliam įkrovimo greičiui (pvz., Panasonic 3 minučių įkrovimui), dendritai vis tiek gali susidaryti. Tai mažesnė rizika, tačiau operatoriams, skraidantiems per daug žmonių, „mažesnis“ ne visada yra „pakankamai geras“.

Karštis – dar viena staigmena. Kietoji būsena yra saugesnė esant aukštai temperatūrai nei ličio jonai, tačiau ji taip pat neišsklaido šilumos. Dronas, naudojamas didelės galios užduotims atlikti, pvz., pakelti sunkius krovinius ar ilgai skristi didžiausiu greičiu, gali greitai sukaupti karštį. Dirbome su logistikos klientu, bandančiu kietojo kūno droną, skirtą 50 svarų siuntų pristatymui; po 25 minučių skrydžio baterija pakankamai įkaito, todėl drono programinė įranga privertė jį anksti nusileisti. Jie turėjo pridėti lengvą aušintuvą, kuris sumažino naudingosios apkrovos talpą ir nugalėjo dalį tikslo pereiti prie kietojo kūno.

Nepamirškime ir gamybos masto. Šiuo metu dauguma kietojo kūno baterijų gaminamos mažomis partijomis. Drono operatorius, kuriam reikia 100 baterijų per mėnesį, pristatymo gali laukti 6–8 savaites, o ličio jonų baterijos sandėlyje yra tą pačią dieną. Kol gamyklos negalės išgauti kietojo kūno akumuliatorių taip greitai (ir pigiai) kaip ličio jonų, visos, išskyrus didžiausias komandas, bus pritaikytos lėtai.

Kalbant apie pačius kietuosius elektrolitus, taip pat nėra „vieno dydžio“. Keramika puikiai tinka laidumui užtikrinti – leidžia jonams greitai judėti, o tai reiškia daugiau galios – tačiau, kaip matėme, ji trapi. Polimerai yra lankstūs, todėl geriau atlaiko vibraciją, tačiau kambario temperatūroje jie yra lėtesni – tinka lėtai judančiam žemės ūkio dronui, bet blogai greito pristatymo dronui. Sulfidai yra aukso vidurys: geras laidumas ir lankstumas, tačiau jie reaguoja į drėgmę. Pakrantės dronų operatorius Floridoje mums pasakė, kad jie turėjo pridėti vandeniui atsparų korpusą prie sulfido pagrindu pagamintų baterijų, o tai padidino svorį. Tinkamo elektrolito pasirinkimas visiškai priklauso nuo to, ką dronas veikia ir kur jis skrenda.

Tačiau čia yra geros naujienos: kiekvienas mūsų paminėtas iššūkis yra išsprendžiamas po vieną bandymą. EHango skrydis nebuvo atsitiktinumas; tai ženklas, kad gamintojai sugalvoja, kaip pritaikyti kietojo kūno įrangą bepiločiams orlaiviams. „Panasonic“ greitai įkraunama baterija nėra tik prototipas – ji pradedama gabenti atrinktiems klientams. Kadangi vis daugiau operatorių reikalauja kietojo kūno, išlaidos sumažės.

Visiems, kurie šiuo metu užsiima bepiločių orlaivių verslu, kyla klausimas ne „ar“ perims kietojo kūno valdymas, o „kada ir kaip pasiruošti“. Pradėkite nuo mažo: išbandykite keletą kietojo kūno akumuliatorių naudodami labiausiai paklausius dronus (pvz., pristatymą arba paiešką ir gelbėjimą) ir stebėkite, kiek sutaupoma laiko ir pakeitimų. Pasitarkite su savo akumuliatoriaus tiekėju apie pasirinktinius sprendimus – daugelis nori pritaikyti elektrolitus jūsų konkrečiam naudojimo atvejui.

Kietojo kūno dar nėra tobula, tačiau ji jau yra geriau nei ličio jonai svarbiausiais būdais: ilgesni skrydžiai, saugesnės operacijos ir mažiau prastovų. O kaip kinkiniai išsispręs? Mes žiūrime į ateitį, kurioje dronai ne tik „atlieka darbą“ – jie tai atlieka greičiau, pigiau ir daugiau vietų nei bet kada anksčiau.

Jei smalsu, koks kietojo kūno akumuliatorius tinka jūsų dronams, arba norite daugiau sužinoti apie mūsų su klientais atliktus bandymus, susisiekite su mumis. Tai ne tik pokalbis apie technologijas, bet ir apie tai, kad jūsų dronų operacijos būtų sunkesnės.