Solid-State baterie v dronech: výhry, překážky a co bude dál pro operátory

Výsledek? 48minutový, 10sekundový nepřetržitý let – něco, co by bylo s lithium-iontovými ještě před několika lety nemyslitelné. Pro kohokoli v prostoru to není jen číslo; je toho důkazemsolid-statedokáže vyřešit dva z největších problémů provozovatelů dronů: krátké doby letu a obavy o bezpečnost. Tento zkušební let nejenom zlomil rekord – ukázal, že eVTOL (a drony obecně) brzy zvládnou delší a spolehlivější mise, aniž by museli omezovat bezpečnost.

Panasonic také skočil s asolid-state baterievytvořené speciálně pro menší drony – a jejich specifikace zasáhly vytížené operátory. Představte si nabití baterie dronu z 10 % na 80 % za 3 minuty. Pro doručovací tým, který provozuje 20+ letů denně, to zkracuje prostoje z 30 minut (s lithium-iontovými) téměř na nic. Ještě lepší? Při pokojové teplotě vydrží 10 000 až 100 000 nabíjecích cyklů. Stavební společnost, se kterou spolupracujeme, nám řekla, že lithium-iontové baterie vyměňují každých 6 měsíců – tato možnost Panasonic by jim mohla vydržet 5+ let. To je obrovská úspora nákladů, ale také to znamená, že méně baterií končí na skládkách – to je něco, na co se klienti stále častěji ptají, když se opírají o udržitelnost.

Ale tady je věc, kterou klientům nenatíráme: solid-state má stále ještě obruče, kterými proskočí, než bude v každém dronu. Za posledních 6 měsíců jsme mluvili s desítkami malých až středních provozovatelů dronů a jejich obavy se vracejí ke stejným výzvám – k těm, které přesahují „dobré specifikace na papíře“.

Nejprve vezměte náklady. Samotné materiály jsou dražší: pevné elektrolyty v těchto bateriích jsou dražší než tekuté v lithium-iontových a stroje potřebné k jejich výrobě? Nejsou běžně dostupné. Startující výrobce dronů v Texasu nám řekl, že chtějí přejít na polovodičové, ale počáteční náklady na předělání jejich nastavení baterie by sežraly celý jejich roční rozpočet. Pro velké hráče, jako je EHang nebo Panasonic, je to zvládnutelné – ale pro většinu operátorů je to právě teď překážka.

Pak je tu problém „stability rozhraní“ – módní výrazy pro jednoduchý problém: pevný elektrolyt a elektrody baterie musí zůstat v těsném a konzistentním kontaktu, aby dobře fungovaly. Ale pokaždé, když se baterie nabije a vybije, elektrody se trochu smrští a roztáhnou. Postupem času to vytváří malé mezery a baterie ztrácí energii rychleji. Viděli jsme to na vlastní kůži při testu farmářského dronu loni na jaře: po 50 cyklech se letová doba polovodičové baterie snížila o 12 % – není to žádná výhoda, ale dost na to, aby se farmář zeptal: „Zhorší se to?“ Právě teď je odpověď „možná“, dokud výrobci nepřijdou na odolnější materiály elektrod.

Křehkost je další bolest hlavy, zejména u dronů, které létají v drsných podmínkách. Většina pevných elektrolytů na keramické bázi je houževnatá, ale ne flexibilní. Pátrací a záchranný tým v Coloradu loni v zimě testoval keramicko-elektrolytovou baterii; při přistání na skalnatém terénu prasklo pouzdro baterie (naštěstí nedošlo k požáru) a dron ztratil energii. Lithium-iont může v tomto scénáři unikat, ale obvykle funguje dostatečně dlouho, aby bezpečně přistál. U dronů, které zvládají vibrace (jako jsou skenery na staveništi) nebo tvrdá přistání (jako drony sledující divokou zvěř), je to velký problém.

Dokonce ani lithiové dendrity – ty drobné, jehličkovité struktury, které zkratují lithium-iontové baterie – nejsou úplně pryč. V polovodičovém stavu jsou vzácnější, ale od inženýrů baterií jsme slyšeli, že při vysokých rychlostech nabíjení (jako je 3minutové nabíjení Panasonic) se mohou stále tvořit dendrity. Je to menší riziko, ale pro operátory létající nad přeplněnými oblastmi není „menší“ vždy „dost dobré“.

Teplo je dalším překvapením. Pevné skupenství je při vysokých teplotách bezpečnější než lithium-iontové, ale také neodvádí teplo. Dron používaný pro vysoce výkonné úkoly, jako je zvedání těžkých nákladů nebo létání nejvyšší rychlostí po dlouhou dobu, může rychle vytvářet teplo. Spolupracovali jsme s logistickým klientem, který testoval polovodičový dron pro zásilky o hmotnosti 50 liber; po 25 minutách letu se baterie zahřála natolik, že jej software dronu donutil předčasně přistát. Museli přidat lehký chladič, který snížil kapacitu užitečného zatížení – což porazilo část účelu přechodu na polovodičový.

A nesmíme zapomenout na výrobní měřítko. Právě teď se většina polovodičových baterií vyrábí v malých sériích. Operátor dronu, který potřebuje 100 baterií měsíčně, může čekat na dodání 6–8 týdnů, zatímco lithium-iontové baterie jsou na skladě ve stejný den. Dokud továrny nedokážou vyrobit polovodičové baterie tak rychle (a levně) jako lithium-iontové, přijetí zůstane pomalé pro všechny kromě největších týmů.

Pokud jde o samotné tuhé elektrolyty, neexistuje ani „univerzální řešení“. Keramika je skvělá pro vodivost – umožňuje rychlý pohyb iontů, což znamená větší výkon – ale je křehká, jak jsme viděli. Polymery jsou flexibilní, takže lépe zvládají vibrace, ale při pokojové teplotě jsou pomalejší – dobré pro pomalu se pohybující zemědělské drony, ale špatné pro rychlé doručovací drony. Sulfidy jsou střední cesta: dobrá vodivost a pružnost, ale reagují na vlhkost. Operátor pobřežního dronu na Floridě nám řekl, že k bateriím na bázi sulfidu musí přidat vodotěsný obal, což zvyšuje hmotnost. Výběr správného elektrolytu zcela závisí na tom, co dron dělá – a kam létá.

Zde je však dobrá zpráva: každá výzva, kterou jsme zmínili, se řeší, jeden test za druhým. EHangův let nebyla náhoda; je to známka toho, že výrobci zjišťují, jak přizpůsobit polovodičové drony. Rychle nabíjecí baterie Panasonic není jen prototyp – začíná se dodávat vybraným klientům. A jak stále více operátorů požaduje solid-state, náklady klesnou.

Pro každého, kdo v současnosti podniká v oblasti dronů, nezní otázka „jestli“ převezme řízení – jde o to „kdy a jak se připravit“. Začněte v malém: otestujte několik polovodičových baterií se svými nejnáročnějšími drony (jako je dodávka nebo vyhledávání a záchrana) a sledujte úspory času a výměny. Promluvte si se svým dodavatelem baterií o vlastních řešeních – mnozí jsou ochotni upravit elektrolyty pro váš konkrétní případ použití.

Pevný stav ještě není dokonalý, ale už teď je lepší než lithium-iontový v oblastech, na kterých záleží nejvíce: delší lety, bezpečnější provoz a méně prostojů. A jak se ty zlomy vyřeší? Díváme se na budoucnost, kde drony nebudou jen „odvádět svou práci“ – dělají to rychleji, levněji a na více místech než kdykoli předtím.

Pokud vás zajímá, která polovodičová baterie má smysl pro vaše drony, nebo chcete slyšet více o testech, které jsme s klienty provedli, napište nám. Nejde jen o technické řeči – jde o to, aby vaše operace s drony pracovaly více za vás.