Puolijohdeakut droneissa: voitot, esteet ja mitä seuraavaksi käyttäjille

Tulos? 48 minuuttia, 10 sekuntia jatkuva lento – jotain, mikä olisi ollut mahdotonta kuvitella litiumionilla vain muutama vuosi sitten. Kenelle tahansa avaruudessa se ei ole vain numero; se on todiste siitäsolid-statevoi korjata kaksi drone-operaattoreiden suurinta vaivaa: lyhyet lentoajat ja turvallisuushuolet. Tuo testilento ei rikkonut vain ennätystä – se osoitti, että eVTOL-laitteet (ja droonit yleensä) pystyivät pian selviytymään pidemmistä ja luotettavammista tehtävistä ilman, että turvallisuuteen puututaan.

Panasonic hyppäsi mukaan myös asolid-state akkusuunniteltu erityisesti pienempiä droneja varten – ja niiden tekniset tiedot osuivat suloiseen paikkaan kiireisille käyttäjille. Kuvittele, että lataat drone-akun 10 %:sta 80 %:iin 3 minuutissa. Yli 20 lentoa päivässä suorittavalle toimitustiimille se lyhentää seisokit 30 minuutista (litium-ionin kanssa) lähes olemattomaan. Vielä parempi? Se kestää 10 000 - 100 000 latausjaksoa huoneenlämmössä. Rakennusyritys, jonka kanssa teemme yhteistyötä, kertoi meille vaihtavansa litiumioniakut kuuden kuukauden välein – tämä Panasonic-vaihtoehto voi kestää yli 5 vuotta. Tämä on valtava kustannussäästö, mutta se tarkoittaa myös sitä, että vähemmän akkuja päätyy kaatopaikoille – asiakkaamme kysyvät yhä useammin, kun he pyrkivät kestävään kehitykseen.

Mutta tässä on asia, jota emme sokerita asiakkaita varten: solid-state-koneella on vielä vanteet hypättävänä läpi ennen kuin se on jokaisessa dronessa. Olemme keskustelleet kymmenien pienten ja keskisuurten drone-operaattoreiden kanssa viimeisen kuuden kuukauden aikana, ja heidän huolensa liittyvät kaikki samoihin haasteisiin – haasteisiin, jotka ylittävät "hyviä teknisiä tietoja paperilla".

Ota kustannukset ensin. Pelkät materiaalit ovat kalliimpia: näiden akkujen kiinteät elektrolyytit maksavat enemmän kuin litiumioniakuissa olevat nestemäiset elektrolyytit, ja niiden valmistukseen tarvittavat koneet? Ne eivät ole valmiita. Teksasissa toimiva startup drone-valmistaja kertoi meille, että he halusivat siirtyä solid-state-käyttöön, mutta akun asennuksen alustavat kustannukset olisivat syöneet heidän koko vuosibudjetin. Suurille toimijoille, kuten EHang tai Panasonic, se on hallittavissa, mutta useimmille operaattoreille se on tällä hetkellä este.

Sitten on "rajapinnan vakauden" ongelma – hienoja termejä yksinkertaiselle ongelmalle: kiinteän elektrolyytin ja akun elektrodien on pysyttävä tiiviissä ja johdonmukaisessa kosketuksessa toimiakseen hyvin. Mutta joka kerta kun akku latautuu ja purkautuu, elektrodit kutistuvat ja laajenevat hieman. Ajan myötä se luo pieniä aukkoja ja akku menettää virtaa nopeammin. Näimme tämän omakohtaisesti maatilan dronetestissä viime keväänä: 50 jakson jälkeen solid-state-akun lentoaika putosi 12 % – se ei ole sopimusta rikkonut, mutta tarpeeksi, että viljelijä kysyi: "Paheneeko tämä?" Juuri nyt vastaus on "ehkä", kunnes valmistajat keksivät kestävämpiä elektrodimateriaaleja.

Hauraus on toinen päänsärky, etenkin ankarissa olosuhteissa lentäville droneille. Useimmat keraamipohjaiset kiinteät elektrolyytit ovat kestäviä, mutta eivät joustavia. Etsintä- ja pelastusryhmä Coloradossa testasi keraamista elektrolyyttiakkua viime talvena; laskeutumisen aikana kiviseen maastoon akun kotelo halkesi (onneksi ei tulipaloa) ja drone menetti tehonsa. Litium-ioni saattaa vuotaa tässä skenaariossa, mutta se toimii yleensä riittävän pitkään laskeutuakseen turvallisesti. Tämä on suuri huolenaihe droneille, jotka käsittelevät tärinää (kuten rakennustyömaaskannerit) tai kovia laskuja (kuten villieläinten tarkkailudronit).

Jopa litiumdendriitit – ne pienet, neulamaiset rakenteet, jotka oikosulkevat litiumioniakkuja – eivät ole täysin kadonneet. Ne ovat harvinaisempia solid-state-tilassa, mutta olemme kuulleet akkuinsinööreiltä, ​​että suurilla latausnopeuksilla (kuten Panasonicin 3 minuutin lataus) dendriittejä voi silti muodostua. Se on pienempi riski, mutta ruuhkaisten alueiden yli lentäville toimijoille "pienempi" ei aina ole "riittävän hyvä".

Kuume on toinen yllätys. Kiinteä olomuoto on turvallisempi korkeissa lämpötiloissa kuin litium-ioni, mutta se ei myöskään hajoa lämpöä. Suuritehoisiin tehtäviin – kuten raskaiden hyötykuormien nostamiseen tai huippunopeudella lentämiseen pitkään – käytettävä drone voi nostaa lämpöä nopeasti. Työskentelimme logistiikka-asiakkaan kanssa, joka testasi solid-state-dronea 50 lb:n pakettitoimituksiin; 25 minuutin lennon jälkeen akku kuumeni niin paljon, että dronin ohjelmisto pakotti sen laskeutumaan aikaisin. Heidän täytyi lisätä kevyt jäähdytyselementti, joka pienensi hyötykuorman kapasiteettia, mikä tuhosi osan puolijohdekäyttöön siirtymisen tarkoituksesta.

Ja älkäämme unohtako valmistusasteikkoa. Tällä hetkellä useimmat solid-state-akut valmistetaan pienissä erissä. Drone-operaattori, joka tarvitsee 100 akkua kuukaudessa, saattaa odottaa toimitusta 6-8 viikkoa, kun taas litiumioniakut ovat varastossa samana päivänä. Ennen kuin tehtaat pystyvät käynnistämään solid-state-akkuja yhtä nopeasti (ja halvalla) kuin litiumioniakut, käyttöönotto pysyy hitaana kaikissa suurimpia tiimejä lukuun ottamatta.

Mitä tulee itse kiinteisiin elektrolyytteihin, ei myöskään ole olemassa "yksi kokoa". Keramiikka on erinomaista johtavuuden kannalta – ne antavat ionien liikkua nopeasti, mikä tarkoittaa enemmän tehoa – mutta ne ovat hauraita, kuten näimme. Polymeerit ovat joustavia, joten ne kestävät tärinää paremmin, mutta ne ovat hitaampia huoneenlämmössä – hyvä hitaasti liikkuvalle maatalousdronille, mutta huono nopealle toimitukselle. Sulfidit ovat keskitie: hyvä johtavuus ja joustavuus, mutta ne reagoivat kosteuteen. Rannikkolennokkien operaattori Floridassa kertoi meille, että heidän piti lisätä vedenpitävä kotelo sulfidipohjaisiin akkuihin, mikä lisäsi painoa. Oikean elektrolyytin valinta riippuu täysin siitä, mitä drone tekee ja missä se lentää.

Tässä on kuitenkin hyvä uutinen: jokainen mainitsemamme haaste ratkaistaan, yksi testi kerrallaan. EHangin lento ei ollut sattuma; se on merkki siitä, että valmistajat keksivät, kuinka räätälöidä solid-state droneja varten. Panasonicin pikalatausakku ei ole vain prototyyppi – sitä aletaan toimittaa valituille asiakkaille. Ja kun yhä useammat operaattorit vaativat solid-state-tekniikkaa, kustannukset laskevat.

Kaikille, jotka harjoittavat drone-yritystä tällä hetkellä, kysymys ei ole siitä, "ottaako" solid-state vallan, vaan "milloin ja miten valmistautua". Aloita pienestä: testaa muutamia puolijohdeakkuja eniten kysytyillä droneillasi (kuten toimitus tai etsintä ja pelastus) ja seuraa ajansäästöjä ja vaihtoja. Keskustele akkutoimittajasi kanssa räätälöidyistä ratkaisuista – monet ovat valmiita säätämään elektrolyyttejä sinun käyttötapasi mukaan.

Solid-state ei ole vielä täydellinen, mutta se on jo parempi kuin litiumioni tärkeimmillä tavoilla: pidemmät lennot, turvallisempi toiminta ja vähemmän seisokkeja. Ja kun mutkit selviävät? Tarkastelemme tulevaisuutta, jossa droonit eivät vain "saa työtä" – ne tekevät sen nopeammin, halvemmalla ja useammissa paikoissa kuin koskaan ennen.

Jos olet utelias tietämään, mikä puolijohdeakku sopii droneillesi, tai haluat kuulla lisää asiakkaiden kanssa suorittamistamme testeistä, ota yhteyttä. Tämä ei ole vain teknistä puhetta – se koskee drone-toimintojesi tekemistä sinulle vaikeammaksi.