Solid-State-batterier i droner: seire, hindringer og hva som er neste for operatører

Resultatet? En 48-minutters, 10-sekunders kontinuerlig flytur – noe som ville vært utenkelig med litium-ion for bare noen få år siden. For alle i rommet er det ikke bare et tall; det er et bevis på detsolid-statekan fikse to av droneoperatørenes største problemer: korte flytider og sikkerhetsproblemer. Den testflyvningen brøt ikke bare en rekord – den viste at eVTOL-er (og droner generelt) snart kunne håndtere lengre, mer pålitelige oppdrag uten å kutte hjørner på sikkerheten.

Panasonic hoppet også inn, med ensolid-state batteribygget spesielt for mindre droner – og spesifikasjonene deres treffer et godt punkt for travle operatører. Tenk deg å lade et dronebatteri fra 10 % til 80 % på 3 minutter. For et leveringsteam som kjører over 20 flyvninger om dagen, reduserer det nedetiden fra 30 minutter (med litium-ion) til nesten ingenting. Enda bedre? Den varer 10 000 til 100 000 ladesykluser ved romtemperatur. Et byggefirma vi jobber med fortalte oss at de skifter ut litiumion-batterier hver 6. måned – dette Panasonic-alternativet kan vare i 5+ år. Det er en enorm kostnadsbesparelse, men det betyr også at færre batterier havner på søppelfyllinger – noe kunder i økende grad spør om ettersom de retter seg mot bærekraft.

Men her er tingen vi ikke sukkerlakkerer for kunder: solid-state har fortsatt bøyler å hoppe gjennom før den er i hver drone. Vi har snakket med dusinvis av små til mellomstore droneoperatører i løpet av de siste 6 månedene, og bekymringene deres går tilbake til de samme utfordringene – de som går utover "gode spesifikasjoner på papiret."

Ta kostnadene først. Materialene alene er dyrere: de faste elektrolyttene i disse batteriene koster mer enn de flytende i litium-ion, og maskinene som trengs for å lage dem? De er ikke hyllevare. En oppstartsdroneprodusent i Texas fortalte oss at de ønsket å bytte til solid-state, men forhåndskostnadene for å ombygge batterioppsettet deres ville ha spist opp hele det årlige budsjettet. For store aktører som EHang eller Panasonic er det håndterbart – men for de fleste operatører er det en barriere akkurat nå.

Så er det "grensesnittstabilitet"-problemet – fancy termer for et enkelt problem: den solide elektrolytten og batteriets elektroder må holde seg i tett, konsistent kontakt for å fungere bra. Men hver gang batteriet lades og utlades, krymper elektrodene og utvider seg litt. Over tid skaper det små hull, og batteriet mister kraft raskere. Vi så dette førstehånds med en gårdsdronetest i fjor vår: etter 50 sykluser sank flytiden til solid-state-batteriet med 12 % – ikke en dealbreaker, men nok til at bonden spurte: «Blir dette verre?» Akkurat nå er svaret "kanskje", helt til produsentene finner ut mer holdbare elektrodematerialer.

Sprøhet er en annen hodepine, spesielt for droner som flyr under tøffe forhold. De fleste keramikkbaserte faste elektrolytter er tøffe - men ikke fleksible. Et søk-og-redningsteam i Colorado testet et keramisk-elektrolyttbatteri sist vinter; under en landing i steinete terreng sprakk batterihuset (heldigvis ingen brann), og dronen mistet strømmen. Litium-ion kan lekke i det scenariet, men det fortsetter vanligvis å fungere lenge nok til å lande trygt. For droner som håndterer vibrasjoner (som byggeplassskannere) eller harde landinger (som dyrelivsovervåkingsdroner), er dette en stor bekymring.

Selv litiumdendritter - de små, nållignende strukturene som kortslutter litiumionbatterier - er ikke helt borte. De er sjeldnere i solid-state, men vi har hørt fra batteriingeniører at dendritter fortsatt kan dannes ved høye ladehastigheter (som Panasonics 3-minutters lading). Det er en mindre risiko, men for operatører som flyr over overfylte områder, er ikke «mindre» alltid «godt nok».

Varme er en annen overraskelse. Solid-state er tryggere ved høye temperaturer enn litium-ion, men det sprer ikke varmen i tillegg. En drone som brukes til oppgaver med høy effekt – som å løfte tung nyttelast eller fly i toppfart lenge – kan raskt bygge opp varme. Vi jobbet med en logistikkklient som testet en solid-state drone for 50lb pakkeleveringer; etter 25 minutters flytur ble batteriet varmt nok til at dronens programvare tvang det til å lande tidlig. De måtte legge til en lett kjøleribbe, som kuttet inn i nyttelastkapasiteten – og beseiret en del av hensikten med å bytte til solid-state.

Og la oss ikke glemme produksjonsskala. Akkurat nå er de fleste solid-state-batterier laget i små partier. En droneoperatør som trenger 100 batterier i måneden kan vente 6-8 uker på levering, mens litiumionbatterier er på lager samme dag. Inntil fabrikker kan skru ut solid-state-batterier like raskt (og billig) som litium-ion, vil adopsjonen forbli sakte for alle bortsett fra de største teamene.

Når det kommer til de faste elektrolyttene i seg selv, er det heller ingen "one-size-fits-all". Keramikk er bra for konduktivitet – de lar ioner bevege seg raskt, noe som betyr mer kraft – men de er sprø, som vi så. Polymerer er fleksible, så de håndterer vibrasjoner bedre, men de er tregere ved romtemperatur – greit for en saktegående landbruksdrone, men dårlig for en drone med rask levering. Sulfider er middelveien: god ledningsevne og fleksibilitet, men de reagerer på fuktighet. En kystdroneoperatør i Florida fortalte oss at de måtte legge til et vanntett kabinett til sulfidbaserte batterier, noe som økte vekten. Å velge riktig elektrolytt avhenger helt av hva dronen gjør – og hvor den flyr.

Her er de gode nyhetene: hver utfordring vi har nevnt blir løst, en test om gangen. EHangs flytur var ikke et lykketreff; det er et tegn på at produsenter finner ut hvordan de kan skreddersy solid-state til droner. Panasonics hurtigladede batteri er ikke bare en prototype – det begynner å sendes til utvalgte kunder. Og etter hvert som flere operatører krever solid-state, vil kostnadene synke.

For alle som driver en dronevirksomhet akkurat nå, er ikke spørsmålet "om" solid-state vil ta over - det er "når og hvordan forberede seg." Begynn i det små: test noen solid-state-batterier med de mest etterspurte dronene dine (som levering eller søk-og-redning) og følg besparelsene i tid og erstatninger. Snakk med batterileverandøren din om tilpassede løsninger – mange er villige til å justere elektrolytter for ditt spesifikke bruksområde.

Solid-state er ikke perfekt ennå, men det er allerede bedre enn litium-ion på de måtene som betyr mest: lengre flyreiser, sikrere operasjoner og mindre nedetid. Og når knekkene blir løst? Vi ser på en fremtid der droner ikke bare «får jobben gjort» – de gjør det raskere, billigere og på flere steder enn noen gang før.

Hvis du er nysgjerrig på hvilket solid-state-batteri som er fornuftig for dronene dine, eller ønsker å høre mer om testene vi har kjørt med kunder, send oss ​​en forespørsel. Dette er ikke bare teknisk snakk – det handler om å få droneoperasjonene dine til å jobbe hardere for deg.