Solid-State baterie: The Game-Changer napájející drony nové generace

Pokud jste navštívili zemědělskou půdu na Středozápadě, pravděpodobně jste viděli drony klouzat po kukuřičných polích a rozprašovat hnojivo s naprostou přesností. Tyto momenty nejsou jen skvělá technická ukázka; jsou to známky toho, jak se drony staly nepostradatelnými pro doručování, zemědělství, obranu a práci v oblasti životního prostředí. Ale tady je ten háček, o kterém slýcháme nepřetržitě od našich klientů: baterie je brzdí.

Pojďme to rozebrat. V současné době téměř každý komerční dron běží na lithium-iontové baterie. Jistě, tyto baterie se v průběhu let zlepšily – u některých modelů jsme viděli letové časy z 20 minut na 60 minut a rychlejší nabíjení zkrátilo prostoje. Ale promluvte si s jakýmkoli operátorem dronu a ten vám řekne stejné frustrace: Doručovací dron se možná bude muset uprostřed trasy vrátit, protože se jeho baterie příliš rychle vybíjí. Farmář v Severní Dakotě nemůže v lednu používat svůj dron pro sledování plodin, protože chladné počasí zabíjí lithium-iontovou nálož. Bezpečnostní tým nasazující drony v blízkosti elektrárny se obává požárů baterie – hořlavý tekutý elektrolyt Li-ion je v citlivých oblastech skutečným rizikem. To nejsou malé problémy; jsou to limity, které brání dronům v dosažení jejich plného potenciálu.

To je místopolovodičové baterievstupte – a upřímně řečeno, nejsou to jen vylepšení. Úplně přehodnocují způsob, jakým poháníme drony. Rozdíl je jednoduchý, ale obrovský: namísto tekutého elektrolytu v lithium-iontových bateriích používají ty v pevné fázi pevný materiál (například keramiku nebo polymerní kompozity). Z toho, co jsme viděli v testech s výrobci a klienty, tento nepatrný posun opravuje téměř každý bolestivý bod, který lithium-iontová technologie vytváří.

Začněme tím velkým: doba letu a dolet. V minulém čtvrtletí jsme spolupracovali s doručovací společností dronů v Kalifornii na testování polovodičových baterií. Jejich staré lithium-iontové nastavení umožnilo jejich dronům létat 15 mil tam a zpět a nést 3-librový balíček. S novýmpolovodičové baterie? Urazili zpáteční vzdálenost 28 mil – a mohli unést 1,5 kila navíc. Pro jejich operace to znamenalo pokrytí dalších dvou čtvrtí na dron za den, žádné další lety nebyly potřeba. Pro klienta, který pracuje na pohraniční hlídce, to znamená, že drony zůstanou ve vzduchu 2,5 hodiny místo 1 hodiny – dost na to, aby sledovaly 40mílové úseky bez návratu na základnu. To není postupné zlepšování; to je úplný posun v tom, čeho mohou jejich týmy dosáhnout.

Bezpečnost je další nesmlouvavá, zejména pro drony létající nad městy nebo v blízkosti kritické infrastruktury. Začátkem tohoto roku jsme provedli malý interní test, abychom to dokázali: vystavili jsme lithium-iontovou baterii a polovodičovou baterii stejným podmínkám – teplu 60 °C, malému nárazu (napodobující menší havárii). Lithium-iontová baterie nabobtnala a do 30 minut z ní unikla kapalina. Ten v pevné fázi? Ani se neohřálo. Klient, který provozuje zabezpečení dronů na letištích, nám řekl, že jde o změnu hry – už dříve museli drony uzemňovat kvůli li-iontovému přehřátí, ale pevné skupenství toto riziko zcela odstraňuje.

Pak je tu faktor nákladů – něco, na čem záleží každé firmě. Klient farmy v Iowě vypočítal, že vyměňují své lithium-iontové baterie dronů každých 8 měsíců, což je stojí přibližně \(1800 ročně na dron. Polovodičové baterie? Výrobce odhaduje, že vydrží 3 roky. Spočítejte si to: to sníží jejich roční náklady na baterie na \)600. A doba nabíjení? Jejich staré li-ion baterie se plně nabily za 1,5 hodiny; ty v pevné fázi dosáhly 80 % za 40 minut. Během výsadby, kdy od úsvitu do soumraku provozují drony, tento čas navíc přidá až 2 další letové cykly denně – pokrývají dalších 50 akrů kukuřice.

Nemůžeme také ignorovat extrémní podmínky – něco, co naši ekologičtí klienti neustále vyvolávají. Minulý měsíc jsme pomohli výzkumnému týmu nasadit drony na Aljašce ke sledování populací polárních lišek. Teploty tam klesnou na -30 °C a lithium-iontové baterie by vymřely do 45 minut. S polovodičovými bateriemi? Drony létaly 2 hodiny v kuse a posílaly zpět jasné záběry z liščích doupat. Totéž platí pro práci v poušti: klient v Arizoně používá drony k monitorování lesních požárů a v horku 100 °F by jejich li-ion baterie ztratily 30 % svého nabití za 10 minut. Pevný stav? Drží stabilně – i po hodinách na slunci.

Udržitelnost je další výhra, kterou nebereme na lehkou váhu. Stále více našich klientů se ptá na cíle ESG a polovodičové baterie zde zaškrtávají velké políčko. Používají o 70 % méně kobaltu než lithium-iontové baterie – těžba kobaltu je notoricky škodlivá jak pro životní prostředí, tak pro místní komunity. Náš tým udržitelnosti navíc čísla překonal: celková uhlíková stopa polovodičové baterie (od výroby po likvidaci) je o 45 % nižší než u li-ion. Pro doručovací společnost, která chce být do roku 2030 uhlíkově neutrální, je to obrovský krok vpřed.