Polprevodniške baterije v dronih: zmage, ovire in kaj je naslednje za operaterje

rezultat? 48-minutni in 10-sekundni neprekinjeni let – nekaj, kar si je bilo še pred nekaj leti nepredstavljivo z litij-ionskim. Za vsakogar v prostoru to ni le številka; to je dokaz, datrdno stanjelahko odpravi dve največji težavi upravljavcev dronov: kratek čas letenja in skrbi glede varnosti. Ta preizkusni let ni le podrl rekorda – pokazal je, da bi lahko eVTOL (in brezpilotna letala na splošno) kmalu opravili daljše in zanesljivejše misije, ne da bi zmanjšali varnost.

Vskočil je tudi Panasonic z apolprevodniška baterijaizdelani posebej za manjše brezpilotne letalnike – in njihove specifikacije so zelo za zaposlene operaterje. Predstavljajte si, da baterijo drona napolnite z 10 % na 80 % v 3 minutah. Za dostavno ekipo, ki izvaja več kot 20 letov na dan, to skrajša čas izpadov s 30 minut (z litij-ionsko) na skoraj nič. Še boljši? Zdrži 10.000 do 100.000 ciklov polnjenja pri sobni temperaturi. Gradbeno podjetje, s katerim sodelujemo, nam je povedalo, da zamenjajo litij-ionske baterije vsakih 6 mesecev – ta možnost Panasonic bi jim lahko zdržala 5+ let. To je ogromen prihranek stroškov, vendar pomeni tudi manj baterij, ki končajo na odlagališčih – nekaj, o čemer se stranke vedno bolj sprašujejo, ko se zanašajo na trajnost.

Ampak tu je stvar, ki je ne pocukramo za stranke: polprevodniški še vedno mora preskočiti obroče, preden je v vsakem dronu. V zadnjih 6 mesecih smo se pogovarjali z desetinami upravljavcev malih do srednje velikih dronov in vsi njihovi pomisleki se vračajo k istim izzivom – tistim, ki presegajo »dobre specifikacije na papirju«.

Najprej upoštevajte stroške. Že sami materiali so dražji: trdni elektroliti v teh baterijah stanejo več kot tekoči v litij-ionskih baterijah in stroji, potrebni za njihovo izdelavo? Niso na policah. Začetni izdelovalec brezpilotnih letal v Teksasu nam je povedal, da želijo preklopiti na polprevodniško, vendar bi vnaprejšnji stroški ponovne namestitve baterije požrli njihov celoten letni proračun. Za velike igralce, kot sta EHang ali Panasonic, je to obvladljivo, vendar je za večino operaterjev trenutno ovira.

Potem je tu še problem »stabilnost vmesnika« – modni izrazi za preprosto težavo: trdni elektrolit in elektrode baterije morajo ostati v tesnem in doslednem stiku, da dobro delujejo. Toda vsakič, ko se baterija polni in prazni, se elektrode nekoliko skrčijo in razširijo. Sčasoma to ustvari majhne vrzeli in baterija hitreje izgublja moč. To smo videli iz prve roke pri preizkusu brezpilotnih letal na kmetiji lansko pomlad: po 50 ciklih se je čas letenja polprevodniške baterije zmanjšal za 12 % – kar ni kršilo dogovora, a dovolj, da je kmet vprašal: »Ali bo to še slabše?« Trenutno je odgovor "morda", dokler proizvajalci ne ugotovijo bolj trpežnih materialov za elektrode.

Krhkost je še en glavobol, zlasti za brezpilotna letala, ki letijo v težkih razmerah. Večina trdnih elektrolitov na keramični osnovi je žilavih, vendar ne prožnih. Ekipa za iskanje in reševanje v Koloradu je lansko zimo testirala keramično-elektrolitno baterijo; pri pristanku na skalnatem terenu je počil ohišje baterije (na srečo brez ognja), dron pa je izgubil moč. V tem scenariju lahko litij-ion uhaja, vendar običajno deluje dovolj dolgo, da varno pristane. Za brezpilotna letala, ki prenašajo tresljaje (kot so skenerji na gradbiščih) ali trde pristanke (kot so brezpilotna letala za spremljanje divjih živali), je to velika skrb.

Celo litijevi dendriti – tiste drobne igličaste strukture, ki povzročajo kratek stik z litij-ionskimi baterijami – niso popolnoma izginili. V trdnem stanju so redkejši, vendar smo od inženirjev akumulatorjev slišali, da lahko pri visokih hitrostih polnjenja (kot je Panasonicovo 3-minutno polnjenje) še vedno nastanejo dendriti. To je manjše tveganje, vendar za operaterje, ki letijo nad območji z veliko ljudi, "manjše" ni vedno "dovolj dobro".

Vročina je še eno presenečenje. Polprevodniški je varnejši pri visokih temperaturah kot litij-ionski, vendar ne odvaja dobro toplote. Dron, ki se uporablja za naloge z visoko močjo, kot je dvigovanje težkih tovorov ali dolgotrajno letenje z najvišjo hitrostjo, se lahko hitro segreje. Sodelovali smo z logističnim odjemalcem, ki je testiral polprevodniški dron za dostavo 50 lb paketov; po 25 minutah leta se je baterija dovolj segrela, da je programska oprema drona prisilila, da je predčasno pristal. Dodati so morali lahek hladilnik, ki je zmanjšal nosilnost, kar je del namena prehoda na polprevodniško.

In ne pozabimo na obseg proizvodnje. Trenutno se večina polprevodniških baterij izdeluje v majhnih serijah. Operater drona, ki potrebuje 100 baterij na mesec, lahko čaka na dostavo 6-8 tednov, medtem ko so litij-ionske baterije na zalogi še isti dan. Dokler tovarne ne bodo mogle izdelati polprevodniških baterij tako hitro (in poceni) kot litij-ionske, bo sprejemanje le počasi za vse, razen za največje ekipe.

Tudi ko gre za same trdne elektrolite, ni "ena velikosti za vse". Keramika je odlična za prevodnost – omogoča hitro premikanje ionov, kar pomeni več moči – vendar je, kot smo videli, krhka. Polimeri so prožni, zato bolje prenašajo tresljaje, vendar so počasnejši pri sobni temperaturi – dobro za počasen kmetijski dron, slabo pa za hiter dostavni dron. Sulfidi so srednja pot: dobra prevodnost in prožnost, vendar reagirajo na vlago. Obalni operater drona na Floridi nam je povedal, da so morali baterijam na osnovi sulfida dodati vodotesno ohišje, kar je povečalo težo. Izbira pravega elektrolita je v celoti odvisna od tega, kaj dron počne – in kje leti.

Toda tu je dobra novica: vsak izziv, ki smo ga omenili, se rešuje, en test naenkrat. EHangov let ni bil naključje; to je znak, da proizvajalci ugotavljajo, kako bi polprevodniško napravo prilagodili dronom. Panasonicova baterija s hitrim polnjenjem ni le prototip – pošiljati jo bodo začeli izbranim strankam. In ko več operaterjev zahteva polprevodniške naprave, se bodo stroški znižali.

Za vsakogar, ki trenutno vodi posel z droni, vprašanje ni, "če" bo polprevodniško prevzelo - vprašanje je "kdaj in kako se pripraviti." Začnite z majhnim: preizkusite nekaj polprevodniških baterij z brezpilotnimi letali, ki jih najbolj potrebujete (na primer za dostavo ali iskanje in reševanje) in spremljajte prihranke pri času in zamenjavah. Pogovorite se s svojim dobaviteljem baterij o rešitvah po meri – mnogi so pripravljeni prilagoditi elektrolite za vaš poseben primer uporabe.

Solid-state še ni popoln, vendar je že boljši od litij-ionskega na načine, ki so najpomembnejši: daljši leti, varnejše delovanje in manj izpadov. In ko se zapleti odpravijo? Gledamo v prihodnost, v kateri brezpilotna letala ne bodo samo "opravila dela" – opravila ga bodo hitreje, ceneje in na več mestih kot kadar koli prej.

Če vas zanima, katera polprevodniška baterija je smiselna za vaše drone, ali želite izvedeti več o testih, ki smo jih izvajali s strankami, nam pišite. To ni samo govorjenje o tehnologiji – gre za to, da bodo vaše operacije z droni težje delale za vas.