Kokios medžiagos yra kietojo kūno drono baterijoje? Praktinis suskirstymas

Jei domitės FPV bepiločių orlaivių ar komercinių bepiločių orlaivių eksploatavimu, išgirdote triukšmą: kietojo kūno dronų baterijos yra ateitis. Žadama didesnį saugumą, ilgesnį tarnavimo laiką ir didesnį energijos tankį, jie skamba kaip žaidimo keitiklis. Bet iš ko jie tiksliai pagaminti? Kuo jie skiriasi nuo įprastų ličio polimerų (LiPo) baterijų, kurias naudojame šiandien?

Išskirkime pagrindines kietojo kūno akumuliatoriaus medžiagas ir kodėl jos svarbios jūsų drono veikimui.

Pagrindinis skirtumas:Kietas prieš skystą

Pirma, greitas gruntas. Standartinėje LiPo baterijoje yra skystas arba gelio pavidalo elektrolitas. Šis degus elektrolitas yra pagrindinis rizikos šaltinis (pagalvokite apie patinimą, gaisrus). Kietojo kūno akumuliatorius, kaip šaukia pavadinimas, naudoja kietą elektrolitą. Šis vienintelis pakeitimas sukelia medžiagų naujovių pakopą.

Pagrindinės medžiagos sudedamosios dalys aKietojo kūno drono baterija

1. Kietasis elektrolitas (naujovių širdis)

Tai yra apibrėžianti medžiaga. Būdamas elektroniniu izoliatoriumi, jis turi gerai praleisti ličio jonus. Įprasti tiriami tipai:

Keramika: tokios medžiagos kaip LLZO (ličio lantano cirkonio oksidas). Jie pasižymi dideliu jonų laidumu ir puikiu stabilumu, todėl yra labai apsaugoti nuo šiluminio pabėgimo – didžiulis pliusas dronų baterijoms, kurios gali patirti žalą avarijos atveju.

Kietieji polimerai: Pagalvokite apie pažangias medžiagų, naudojamų kai kuriose esamose baterijose, versijas. Jie yra lankstesni ir lengviau gaminami, tačiau dažnai turi veikti aukštesnėje temperatūroje.

Sulfido pagrindu pagaminti stiklai: jie turi fantastišką jonų laidumą ir konkuruoja su skystais elektrolitais. Tačiau gamybos metu jie gali būti jautrūs drėgmei.

Pilotams: dėl kieto elektrolito šios baterijos iš prigimties yra saugesnės ir gali greičiau įkrauti be pavojaus, susijusio su skystais elektrolitais.

2. Elektrodai (anodas ir katodas)

Medžiagas čia galima stumti toliau, nes kietas elektrolitas yra stabilesnis.

Anodas (neigiamas elektrodas): Tyrėjai gali naudoti metalinį litį. Tai didžiulis sandoris. Šiandienos LiPos anodas paprastai yra grafitas. Naudojant gryną ličio metalą, galima žymiai padidinti kietojo kūno drono baterijos energijos tankį, o tai reiškia, kad mažesnėje ir lengvesnėje pakuotėje gali būti ilgesnis skrydžio laikas esant tokiam pačiam svoriui arba tokiai pačiai galiai.

Katodas (teigiamas elektrodas): gali būti panašus į šiuolaikines didelio našumo baterijas (pvz., NMC – ličio nikelio mangano kobalto oksidas), bet optimizuotas efektyviai veikti su kieto elektrolito sąsaja.

Pilotams: ličio metalo anodas yra slaptas padažas žadėtoms antraštėms „2x skrydžio laikas“. Lengvesnės, daug energijos sunaudojančios pakuotės gali pakeisti dronų dizainą.

3. Sąsajos sluoksniai ir pažangūs kompozitai

Tai yra inžinerinis iššūkis. Sunku sukurti tobulą, stabilią trapaus kieto elektrolito ir elektrodų sąsają. Medžiagų mokslas čia apima:

Apsauginės dangos: itin ploni sluoksniai padengiami ant elektrodų, kad būtų išvengta nepageidaujamų reakcijų.

Sudėtiniai elektrolitai: kartais naudojamas keraminių ir polimerinių medžiagų mišinys, siekiant subalansuoti laidumą, lankstumą ir gamybos lengvumą.

Kodėl šios medžiagos svarbios jūsų dronui?

Kai matote „kietojo kūno akumuliatoriaus dronui“ programas, medžiagos pasirinkimas tiesiogiai reiškia naudotojo privalumus:

Pirmiausia sauga: nėra degių skysčių = labai sumažinta gaisro rizika. Tai labai svarbu komercinėms operacijoms ir visiems, gabenantiems baterijas.

Didesnis energijos tankis: svarbiausia yra ličio metalo anodo medžiaga. Tikėtis ilgesnio skrydžio laiko arba lengvesnio laivo.

Ilgesnis ciklas: kietieji elektrolitai dažnai yra chemiškai stabilesni, o tai gali reikšti, kad baterijos trunka šimtus daugiau įkrovimo ciklų, kol suyra.

Greitesnis įkrovimo potencialas: teoriškai medžiagos gali palaikyti daug greitesnį jonų perdavimą be dengimo ir dendrito problemų, kurios kenkia skystiems LiPos.

Dabartinė padėtis

Svarbu būti realistu. Nors kietojo kūno baterijų medžiagos yra gerai suprantamos laboratorijose, vis dar vyksta jų masinė gamyba už kainą ir mastą, tinkamą dronų pramonei. Iššūkiai yra sąsajų ir gamybos procesų tobulinimas.

Tiesakietojo kūno drono baterijosdažniausiai yra prototipų kūrimo ir testavimo fazėje. Kai jie pateks į rinką, jie greičiausiai pirmiausia pasirodys aukščiausios klasės komercinėse ir verslo programose.

Išvada

Kietojo kūno akumuliatoriaus viduje esančios medžiagos – kietasis keramikos arba polimerinis elektrolitas, ličio metalo anodas ir pažangios kompozicinės sąsajos – sukurtos taip, kad išspręstų pagrindinius šiandienos LiPos apribojimus. Jie žada saugesnių, ilgesnių ir galingesnių skrydžių ateitį.

Kadangi esate drono pilotas ar operatorius, labai svarbu būti informuotam apie šiuos pasiekimus. Perėjimas prie kietojo kūno technologijų neįvyks per vieną naktį, tačiau suprasdami, koks yra medžiagų mokslas, galite įveikti ažiotažą ir numatyti realaus pasaulio našumo pranašumus.