Kietojo kūno ličio baterijos dronams: galimybės ir inžineriniai iššūkiai

Kietojo kūno ličio baterijosbuvo „ateitis“ pakankamai ilgai, kad frazė ėmė atrodyti tuščiavidurė. Tačiau konkrečiai UAV taikomosiose technologijose ši technologija yra praeityje ankstyvosios stadijos spekuliacijos. Tikri kietojo kūno elementai yra testuojami, patvirtinami ir kai kuriais atvejais diegiami komercinėse dronų platformose – o inžineriniai kompromisai yra aiškesni nei bet kada anksčiau.

Štai nuoširdus žvilgsnis į tai, ką iš tikrųjų siūlo kietojo kūno ličio baterijos, skirtos dronams, ir dėl ko vis dar sunku su jomis dirbti.

Kodėl kietoji būsena yra prasminga dronams

Esminis skirtumas yra elektrolitas. Įprastose ličio polimerų baterijose naudojamas skystas arba gelinis elektrolitas – efektyvus, bet degus ir jautrus ekstremalioms temperatūroms. Kietojo kūno baterijos pakeičiamos kieto elektrolito medžiaga, o šis pakeitimas sukelia daugybę pasekmių, kurios yra ypač svarbios UAV taikymams.

Geresnis terminis stabilumas. Skysti elektrolitai yra pagrindinis LiPo baterijų šiluminio bėgimo veiksnys. Pašalinkite skystį ir pašalinsite pavojingiausią ličio chemijos gedimo režimą. Dronams, veikiantiems aukštos aplinkos temperatūros aplinkoje, šalia šilumą generuojančių naudingųjų apkrovų arba tais atvejais, kai akumuliatoriaus gaisras gali būti katastrofiškas, šis stabilumas yra nepaprastai svarbus.

Didesnis energijos tankio potencialas. Kietojo kūno architektūra suderinama su ličio metalo anodais, kurie sukaupia žymiai daugiau energijos vienam gramui nei grafito anodai, naudojami įprastuose ličio jonų ir LiPo elementuose. Svoriui jautriose programose, tokiose kaip drono dizainas, energijos tankio lubos yra viena iš svarbiausių specifikacijų ant stalo. Daugiau energijos vienam kilogramui reiškia ilgesnį skrydžio laiką, nepridedant lėktuvo korpuso svorio.

Prailgintas ciklo tarnavimo laikas. Kietieji elektrolitai paprastai laikui bėgant mažiau reaguoja su elektrodų medžiagomis, o tai reiškia mažesnį skaidymąsi per ciklą. Komerciniams bepiločių orlaivių operatoriams, vykdantiems aukštą darbo ciklą, geresnis ciklo eksploatavimo laikas tiesiogiai reiškia mažesnes akumuliatoriaus išlaidas vienam skrydžiui ir nuspėjamesnius pakeitimo grafikus.

Platesnis darbinės temperatūros diapazonas. Kietojo kūno elementai išlaiko pastovesnį veikimą esant ekstremalioms temperatūroms nei skysto elektrolito alternatyvos. Bepiločių orlaivių operacijos šaltu oru – infrastruktūros tikrinimas šiaurinio klimato sąlygomis, tyrimai dideliame aukštyje – naudingi chemija, kuri nepraranda didelio pajėgumo, kai temperatūra nukrenta.

Inžineriniai iššūkiai, kurie vis dar tikri

Niekas neapsieina be trinties. Dronams skirtos kietojo kūno ličio baterijos susiduria su tikromis inžinerinėmis kliūtimis, kurios paaiškina, kodėl LiPo paketai vis dar dominuoja komercinėse UAV programose.

Gamybos sudėtingumas ir kaina. Kietas elektrolitų medžiagas yra sunkiau nuosekliai gaminti nei skystus elektrolitus, o gamybos procesai reikalauja didesnio tikslumo. Tai reiškia, kad vieneto sąnaudos yra didesnės (kartais žymiai didesnės), o tai sukuria kliūtis sąnaudoms jautriems komerciniams operatoriams.

Sąsajos atsparumas. Kietojo elektrolito ir elektrodų medžiagų kontaktas nėra toks intymus, kaip skysčių-elektrolitų sistemose. Ši sąsajos varža padidina vidinį pasipriešinimą, o tai riboja didžiausią iškrovimo greitį. Didelio C greičio iškrovimas – toks, koks reikalingas atliekant agresyvius UAV manevrus arba keliant didelę naudingąją apkrovą – yra sunkiau pasiekti naudojant dabartinius kietojo kūno modelius be nuobaudų dėl veikimo.

Mechaninis įtempis važiuojant dviračiu. Elektrodų medžiagos plečiasi ir susitraukia, kai ličio jonai patenka ir išeina įkraunant ir iškraunant. Skysčio elektrolito akumuliatoriuose elektrolitas prisitaiko prie šio judėjimo. Kietojo kūno ląstelėse tūriniai pokyčiai gali sukelti mechaninį įtempimą elektrodo ir elektrolito sąsajoje, o tai laikui bėgant prisideda prie degradacijos. Šio masto valdymas yra aktyvi inžinerinio darbo sritis.

Šalto užvedimo našumas. Nors kietojo kūno baterijos veikia geriau įvairiuose temperatūrų diapazonuose veikiant pastoviam režimui, kai kurios kietojo elektrolito medžiagos turi didesnį atsparumą esant labai žemai temperatūrai pradinio paleidimo metu. Tai gerėja dėl materialinės pažangos, tačiau vis dar reikia atsižvelgti į tam tikras diegimo aplinkas.

Kur technologija reiškia komercines dronų programas

Kietojo kūno ličio baterijosšiandien yra gyvybingi UAV pritaikymui gaminti – tinkamai pritaikyti. Didelės vertės misijos, kuriose šiluminė sauga yra prioritetas, platformos, kuriose energijos tankio pagerinimas pateisina išlaidų priemoką, ir operacijos, kurių metu ilgesnis ciklas sukuria reikšmingą IG, yra pagrįsti tikslai.

ZYEBATTERYkuria ir didelio našumo ličio polimerų, ir kietojo kūno ličio jonų UAV baterijas, nes tinkama chemija priklauso nuo pritaikymo. Šiandien ne kiekvienai drono operacijai reikia kietojo kūno technologijos. Kai kurie jau tai daro, o mažėjant gamybos mastui ir sąnaudoms, ši kategorija labai išsiplės.

Ateitis atėjo netolygiai. Bet atėjo.