Solid-state batterier i droner: sejre, forhindringer og hvad der er det næste for operatører

Resultatet? En 48-minutters, 10-sekunders kontinuerlig flyvning - noget, der ville have været utænkeligt med lithium-ion for blot et par år siden. For alle i rummet er det ikke kun et tal; det er et bevis på detfast tilstandkan ordne to af droneoperatørers største problemer: korte flyvetider og sikkerhedsbekymringer. Den testflyvning slog ikke bare rekord - den viste, at eVTOL'er (og droner generelt) snart kunne klare længere, mere pålidelige missioner uden at skære ned på sikkerheden.

Panasonic sprang også til med enfast tilstand batteribygget specifikt til mindre droner - og deres specifikationer rammer et godt sted for travle operatører. Forestil dig at oplade et dronebatteri fra 10 % til 80 % på 3 minutter. For et leveringsteam, der kører mere end 20 flyvninger om dagen, reducerer det nedetiden fra 30 minutter (med lithium-ion) til næsten ingenting. Endnu bedre? Den varer 10.000 til 100.000 opladningscyklusser ved stuetemperatur. Et byggefirma, vi arbejder med, fortalte os, at de udskifter lithium-ion-batterier hver 6. måned - denne Panasonic-mulighed kan holde i 5+ år. Det er en massiv omkostningsbesparelse, men det betyder også, at færre batterier ender på lossepladser - noget kunder i stigende grad spørger om, efterhånden som de hælder til bæredygtighed.

Men her er det, vi ikke sukkerlagrer for kunder: solid-state har stadig bøjler at springe igennem, før det er i hver drone. Vi har talt med dusinvis af små til mellemstore droneoperatører i løbet af de sidste 6 måneder, og deres bekymringer kredser alle tilbage til de samme udfordringer - dem, der går ud over "gode specifikationer på papiret."

Tag omkostningerne først. Materialerne alene er dyrere: De faste elektrolytter i disse batterier koster mere end de flydende i lithium-ion, og de maskiner, der skal til for at fremstille dem? De er ikke hyldevare. En startup droneproducent i Texas fortalte os, at de ønskede at skifte til solid state, men de forudgående omkostninger ved at ombygge deres batteriopsætning ville have spist hele deres årlige budget. For store spillere som EHang eller Panasonic er det overskueligt - men for de fleste operatører er det en barriere lige nu.

Så er der problemet med "grænsefladestabilitet" - smarte udtryk for et simpelt problem: den faste elektrolyt og batteriets elektroder skal forblive i tæt, konsekvent kontakt for at fungere godt. Men hver gang batteriet oplades og aflades, krymper elektroderne og udvider sig lidt. Over tid skaber det små huller, og batteriet mister strøm hurtigere. Vi så dette førstehånds med en farm drone-test sidste forår: Efter 50 cyklusser faldt solid-state-batteriets flyvetid med 12 % - ikke en dealbreaker, men nok til, at landmanden spurgte: "Vil det blive værre?" Lige nu er svaret "måske", indtil producenterne finder ud af mere holdbare elektrodematerialer.

Skørhed er en anden hovedpine, især for droner, der flyver under barske forhold. De fleste keramikbaserede faste elektrolytter er hårde - men ikke fleksible. Et eftersøgnings- og redningshold i Colorado testede et keramisk-elektrolyt-batteri sidste vinter; under en landing på stenet terræn revnede batterihuset (heldigvis ingen brand), og dronen mistede strømmen. Lithium-ion kan lække i det scenarie, men det fortsætter normalt med at arbejde længe nok til at lande sikkert. For droner, der håndterer vibrationer (som byggepladsscannere) eller hårde landinger (som dyrelivsovervågningsdroner), er dette en stor bekymring.

Selv lithium-dendritter - de små, nålelignende strukturer, der kortslutter lithium-ion-batterier - er ikke helt væk. De er sjældnere i solid state, men vi har hørt fra batteriingeniører, at dendritter stadig kan dannes ved høje opladningshastigheder (som Panasonics 3-minutters opladning). Det er en mindre risiko, men for operatører, der flyver over overfyldte områder, er "mindre" ikke altid "godt nok."

Varme er en anden overraskelse. Solid-state er sikrere ved høje temperaturer end lithium-ion, men det spreder ikke varme så godt. En drone, der bruges til opgaver med høj effekt - som at løfte tung nyttelast eller flyve med tophastighed i lang tid - kan hurtigt opbygge varme. Vi arbejdede med en logistikkunde, der testede en solid-state drone til 50lb pakkeleveringer; efter 25 minutters flyvning blev batteriet så varmt, at dronens software tvang den til at lande tidligt. De var nødt til at tilføje en letvægtskøleplade, som skar ind i nyttelastkapaciteten - hvilket besejrede en del af formålet med at skifte til solid state.

Og lad os ikke glemme fremstillingsskalaen. Lige nu laves de fleste solid-state batterier i små partier. En droneoperatør, der har brug for 100 batterier om måneden, kan vente 6-8 uger på levering, hvorimod lithium-ion-batterier er på lager samme dag. Indtil fabrikker kan udsende solid state-batterier lige så hurtigt (og billigt) som lithium-ion, vil adoptionen forblive langsom for alle undtagen de største teams.

Når det kommer til selve de faste elektrolytter, er der heller ingen "one-size-fits-all". Keramik er fantastisk til ledningsevne - de lader ioner bevæge sig hurtigt, hvilket betyder mere kraft - men de er skøre, som vi så. Polymerer er fleksible, så de håndterer vibrationer bedre, men de er langsommere ved stuetemperatur - fint for en langsomtkørende landbrugsdrone, men dårligt for en hurtig leveringsdrone. Sulfider er mellemvejen: god ledningsevne og fleksibilitet, men de reagerer på fugt. En kystdroneoperatør i Florida fortalte os, at de var nødt til at tilføje et vandtæt kabinet til sulfidbaserede batterier, hvilket øgede vægten. At vælge den rigtige elektrolyt afhænger helt af, hvad dronen gør - og hvor den flyver.

Men her er den gode nyhed: hver udfordring, vi har nævnt, bliver løst, en test ad gangen. EHangs flyvning var ikke et lykketræf; det er et tegn på, at producenterne er ved at finde ud af, hvordan de kan skræddersy solid-state til droner. Panasonics hurtigopladningsbatteri er ikke bare en prototype – det begynder at blive sendt til udvalgte kunder. Og efterhånden som flere operatører efterspørger solid-state, vil omkostningerne falde.

For alle, der driver en dronevirksomhed lige nu, er spørgsmålet ikke "hvis" solid state vil tage over - det er "hvornår og hvordan man forbereder sig." Start i det små: test et par solid-state-batterier med dine mest efterspurgte droner (som levering eller søg-og-redning), og spor besparelserne i tid og udskiftninger. Tal med din batterileverandør om skræddersyede løsninger – mange er villige til at tilpasse elektrolytter til din specifikke brug.

Solid-state er endnu ikke perfekt, men det er allerede bedre end lithium-ion på de måder, der betyder mest: længere flyvninger, sikrere operationer og mindre nedetid. Og efterhånden som knækerne bliver løst? Vi ser på en fremtid, hvor droner ikke bare "får arbejdet gjort" - de gør det hurtigere, billigere og flere steder end nogensinde før.

Hvis du er nysgerrig efter, hvilket solid-state batteri der giver mening for dine droner, eller vil du høre mere om de tests, vi har kørt med kunder, så skriv til os. Dette er ikke kun teknisk snak – det handler om at få dine droneoperationer til at arbejde hårdere for dig.