Polprevodniške baterije: sprememba iger, ki poganjajo brezpilotna letala naslednje generacije

če ste obiskali kmetijska zemljišča na srednjem zahodu, ste verjetno videli brezpilotna letala, kako drsijo nad koruznimi polji in škropijo gnojilo z izjemno natančnostjo. Ti trenutki niso samo kul tehnološki predstavitve; so znaki, kako so droni postali nepogrešljivi pri dostavi, kmetijstvu, obrambi in okoljskem delu. Toda tukaj je ulov, o katerem neprekinjeno slišimo od naših strank: baterije jih zadržujejo.

Razčlenimo ga. Trenutno skoraj vsak komercialni dron deluje na litij-ionske baterije. Seveda so se te baterije z leti izboljšale – videli smo, da so se časi letenja pri nekaterih modelih skrajšali z 20 minut na 60 minut, hitrejše polnjenje pa je zmanjšalo čas izpadov. Toda pogovorite se s katerim koli operaterjem brezpilotnega letala in povedal vam bo enake frustracije: Dostavni dron se bo morda moral obrniti nazaj na sredi poti, ker se mu baterija prehitro prazni. Kmet v Severni Dakoti januarja ne more uporabljati svojega drona za spremljanje pridelka, ker hladno vreme uniči naboj litij-ionov. Varnostno ekipo, ki namešča brezpilotna letala v bližini elektrarne, skrbi požar v akumulatorju – vnetljivi tekoči elektrolit li-ionov je resnično tveganje na občutljivih območjih. To niso majhne težave; so omejitve, ki dronom preprečujejo, da bi dosegli svoj polni potencial.

To je kjepolprevodniške baterijevstopite – in iskreno, niso le nadgradnja. Popolnoma so premislili o tem, kako napajamo drone. Razlika je preprosta, a ogromna: namesto tekočega elektrolita v litij-ionskih baterijah polprevodniške baterije uporabljajo trden material (pomislite na keramiko ali polimerne kompozite). Glede na to, kar smo videli v testih s proizvajalci in strankami, ta majhen premik odpravi skoraj vsako bolečinsko točko, ki jo ustvari litij-ion.

Začnimo pri velikem: času leta in dosegu. Prejšnje četrtletje smo sodelovali s podjetjem za dostavo brezpilotnih letal v Kaliforniji pri testiranju polprevodniških baterij. Njihova stara litij-ionska nastavitev je njihovim dronom omogočala, da preletijo 15 milj nazaj in nosijo 3-kilogramski paket. Z novimpolprevodniške baterije? Prevozili so 28 milj povratno in lahko nosijo dodatnih 1,5 funta. Za njihove operacije je to pomenilo pokrivanje dveh dodatnih sosesk na dron na dan, dodatni leti niso bili potrebni. Za stranko nadzora, ki dela na mejni patrulji, to pomeni, da brezpilotna letala ostanejo v zraku 2,5 ure namesto 1 ure – dovolj za spremljanje 40 milj dolgega odseka brez vrnitve v bazo. To ni postopno izboljšanje; to je popoln premik v tem, kaj lahko njihove ekipe dosežejo.

Varnost je še ena stvar, o kateri se ni mogoče pogajati, zlasti za brezpilotna letala, ki letijo nad mesti ali v bližini kritične infrastrukture. V začetku tega leta smo opravili majhen interni test, da bi dokazali to: litij-ionsko baterijo in polprevodniško baterijo smo izpostavili enakim pogojem – vročina 60 °C, majhen udarec (posnemanje manjše nesreče). Litij-ionska baterija je v 30 minutah nabreknila in iz nje je iztekla tekočina. Tisti v trdnem stanju? Sploh se ni ogrelo. Stranka, ki skrbi za varnost brezpilotnih letal na letališčih, nam je povedala, da je to sprememba – že prej so morali prizemljiti brezpilotne letalnike zaradi strahu pred pregrevanjem li-ionov, vendar polprevodniška naprava v celoti odpravi to tveganje.

Potem je tu še stroškovni dejavnik – nekaj, kar skrbi vsako podjetje. Stranka na kmetiji v Iowi je izračunala, da so zamenjali svoje litij-ionske baterije za drone vsakih 8 mesecev, kar jih je stalo približno \(1.800 na leto na dron. Polprevodniške baterije? Proizvajalec ocenjuje, da bodo zdržale 3 leta. Naredite matematiko: to zmanjša njihov letni strošek baterije na \)600. In čas polnjenja? Njihove stare li-ionske baterije so trajale 1,5 ure, da so se popolnoma napolnile; polprevodniški dosežejo 80 % v 40 minutah. Med setveno sezono, ko poganjajo brezpilotna letala od zore do mraka, ta dodaten čas doda do 2 dodatna cikla letenja na dan – s čimer pokrijejo 50 hektarjev koruze.

Prav tako ne moremo prezreti ekstremnih pogojev – nekaj, kar naše okoljske stranke ves čas omenjajo. Prejšnji mesec smo pomagali raziskovalni skupini pri namestitvi brezpilotnih letal na Aljaski za sledenje populaciji arktičnih lisic. Temperature tam padejo do -30 °C, litij-ionske baterije pa bi umrle v 45 minutah. S polprevodniškimi baterijami? Brezpilotna letala so letela 2 uri neprekinjeno in poslala jasne posnetke lisičjih brlogov. Enako velja za delo v puščavi: stranka v Arizoni uporablja brezpilotna letala za spremljanje požarov v naravi in ​​pri vročini 100 °F bi njihove litij-ionske baterije izgubile 30 % napolnjenosti v 10 minutah. Polprevodniški? Držijo stabilne – tudi po več urah na soncu.

Trajnost je še ena zmaga, ki je ne jemljemo zlahka. Vse več naših strank sprašuje o ciljih ESG in polprevodniške baterije tukaj označijo veliko polje. Porabijo 70 % manj kobalta kot litij-ionske baterije – rudarjenje kobalta je znano škodljivo za okolje in lokalne skupnosti. Poleg tega je naša ekipa za trajnostni razvoj strnila številke: skupni ogljični odtis polprevodniške baterije (od proizvodnje do odlaganja) je 45 % nižji kot pri li-ionski. Za dostavno podjetje, ki želi do leta 2030 postati ogljično nevtralno, je to ogromen korak naprej.