Drone'lardaki Katı Hal Piller: Galibiyetler, Engeller ve Operatörler İçin Sırada Ne Var?

Sonuç? 48 dakika, 10 saniyelik sürekli uçuş; sadece birkaç yıl önce lityum iyonla hayal bile edilemeyecek bir şeydi. Bu alandaki herkes için bu sadece bir sayı değil; bu bunun kanıtıkatı haldrone operatörlerinin en büyük sıkıntılarından ikisini çözebilir: kısa uçuş süreleri ve güvenlik endişeleri. Bu test uçuşu sadece rekor kırmakla kalmadı; eVTOL'lerin (ve genel olarak drone'ların) güvenlik konusunda kısa sürede daha uzun, daha güvenilir görevleri yerine getirebileceğini gösterdi.

Panasonic de devreye girdikatı hal piliDaha küçük drone'lar için özel olarak üretildi ve özellikleri yoğun operatörler için çok uygun. Bir drone pilini 3 dakikada %10'dan %80'e şarj ettiğinizi hayal edin. Günde 20'den fazla uçuş yapan bir teslimat ekibi için bu, aksama süresini (lityum iyonla) 30 dakikadan neredeyse sıfıra indiriyor. Daha da iyi mi? Oda sıcaklığında 10.000 ila 100.000 şarj döngüsü sürer. Birlikte çalıştığımız bir inşaat şirketi bize lityum iyon pilleri 6 ayda bir değiştirdiklerini söyledi; bu Panasonic seçeneği onlara 5+ yıl dayanabilir. Bu çok büyük bir maliyet tasarrufu anlamına geliyor, ancak aynı zamanda daha az pilin çöplüklere atılması anlamına da geliyor; bu da müşterilerin sürdürülebilirliğe yönelirken giderek daha fazla sorduğu bir şey.

Ancak müşterilerimiz için üzerini örtmediğimiz bir şey var: katı hal hala her drone'a girmeden önce içinden geçilmesi gereken engellere sahip. Geçtiğimiz 6 ay boyunca düzinelerce küçük ve orta ölçekli drone operatörüyle konuştuk ve onların endişeleri aynı zorluklara odaklanıyor; bunlar "kağıt üzerinde iyi özelliklerin" ötesine geçen sorunlar.

Önce maliyeti alın. Malzemeler tek başına daha pahalıdır: Bu pillerdeki katı elektrolitler, lityum iyondaki sıvı olanlardan daha pahalıdır ve bunları yapmak için makinelere mi ihtiyaç duyulur? Kullanıma hazır değiller. Teksas'ta yeni kurulmuş bir drone üreticisi bize katı hal teknolojisine geçmek istediklerini ancak pil kurulumlarını yeniden düzenlemenin ön maliyetinin tüm yıllık bütçelerini tüketeceğini söyledi. EHang veya Panasonic gibi büyük oyuncular için bu yönetilebilir bir durum ancak operatörlerin çoğunluğu için bu şu anda bir engel.

Bir de "arayüz kararlılığı" sorunu var; basit bir sorun için süslü terimler: katı elektrolit ile pilin elektrotlarının iyi çalışması için sıkı ve tutarlı bir temas halinde kalması gerekir. Ancak pil her şarj edilip boşaldığında elektrotlar biraz küçülür ve genişler. Zamanla bu durum küçük boşluklar oluşturur ve pil daha hızlı güç kaybeder. Bunu geçen baharda bir çiftlik drone testinde ilk elden gördük: 50 döngüden sonra, katı hal pilinin uçuş süresi %12 düştü; bu durum anlaşmayı bozucu olmasa da çiftçinin "Bu daha da kötüleşecek mi?" diye sormasına yetti. Üreticiler daha dayanıklı elektrot malzemeleri bulana kadar şu anda cevap "belki" olacaktır.

Kırılganlık, özellikle zorlu koşullarda uçan drone'lar için başka bir baş ağrısıdır. Çoğu seramik bazlı katı elektrolit dayanıklıdır ancak esnek değildir. Colorado'daki bir arama kurtarma ekibi geçen kış seramik elektrolit pili test etti; Kayalık bir araziye iniş sırasında akü muhafazası çatladı (neyse ki yangın çıkmadı) ve drone güç kaybetti. Bu senaryoda lityum iyon sızıntısı olabilir, ancak genellikle güvenli bir şekilde yere inecek kadar uzun süre çalışmaya devam eder. Titreşimleri (inşaat alanı tarayıcıları gibi) veya sert inişleri (yaban hayatı izleme dronları gibi) idare eden dronlar için bu büyük bir endişe kaynağıdır.

Lityum iyon pillere kısa devre yaptıran küçük, iğneye benzer yapılar olan lityum dendritler bile tamamen yok olmuş değil. Katı halde daha nadir bulunurlar, ancak pil mühendislerinden yüksek şarj hızlarında (Panasonic'in 3 dakikalık şarjı gibi) dendritlerin hala oluşabildiğini duyduk. Bu daha küçük bir risktir ancak kalabalık alanlar üzerinden uçan operatörler için "küçük" her zaman "yeterince iyi" değildir.

Isı başka bir sürpriz. Katı hal, yüksek sıcaklıklarda lityum iyona göre daha güvenlidir ancak ısıyı da dağıtmaz. Ağır yükleri kaldırmak veya en yüksek hızda uzun süre uçmak gibi yüksek güçlü görevler için kullanılan bir drone, hızlı bir şekilde ısı üretebilir. 50 lb'lik paket teslimatları için katı halli bir drone'u test eden bir lojistik müşterisiyle çalıştık; 25 dakikalık uçuştan sonra pil yeterince ısındı ve drone'un yazılımı onu erken inişe zorladı. Yük kapasitesini azaltan hafif bir ısı emici eklemek zorunda kaldılar; bu da katı duruma geçiş amacının bir kısmını ortadan kaldırdı.

Üretim ölçeğini de unutmayalım. Şu anda katı hal pillerin çoğu küçük partiler halinde üretiliyor. Ayda 100 pile ihtiyaç duyan bir drone operatörü teslimat için 6-8 hafta bekleyebilirken, lityum iyon piller aynı gün stokta oluyor. Fabrikalar katı hal pillerini lityum iyon kadar hızlı (ve ucuza) üretinceye kadar, en büyük ekipler dışında herkes için benimsenme yavaş kalacak.

Katı elektrolitlere gelince, "herkese uyan tek bir çözüm" de yoktur. Seramikler iletkenlik açısından harikadır; iyonların hızlı hareket etmesine izin verirler, bu da daha fazla güç anlamına gelir; ancak gördüğümüz gibi kırılgandırlar. Polimerler esnektir, dolayısıyla titreşimleri daha iyi idare ederler, ancak oda sıcaklığında daha yavaştırlar; yavaş hareket eden bir tarım drone'u için iyi, ancak hızlı teslimat yapan bir drone için kötüdür. Sülfürler orta yoldur: iyi iletkenlik ve esneklik, ancak neme tepki verirler. Florida'daki bir kıyı insansız hava aracı operatörü, sülfit bazlı pillere su geçirmez bir kasa eklemek zorunda kaldıklarını ve bunun da ağırlığı artırdığını söyledi. Doğru elektroliti seçmek tamamen drone'un ne yaptığına ve nereye uçtuğuna bağlıdır.

Ancak iyi haber şu: Bahsettiğimiz her zorluk, her seferinde bir test olmak üzere çözülüyor. EHang'ın uçuşu tesadüf değildi; Bu, üreticilerin katı hal teknolojisini dronlara nasıl uyarlayacaklarını bulduklarının bir işareti. Panasonic'in hızlı şarj olan pili yalnızca bir prototip değil; belirli müşterilere gönderilmeye başlıyor. Daha fazla operatör katı hal talep ettikçe maliyetler düşecek.

Şu anda bir drone işi yürüten herkes için soru, katı hal işi devralacak mı? değil, "ne zaman ve nasıl hazırlanılacağı". Küçük başlayın: En çok talep gören dronlarınızla (teslimat veya arama-kurtarma gibi) birkaç katı hal pilini test edin ve zaman ve yedek parça tasarrufundan tasarruf edin. Özel çözümler hakkında akü tedarikçinizle konuşun; çoğu, özel kullanım durumunuza göre elektrolitlerde ayarlamalar yapmaya hazırdır.

Katı hal henüz mükemmel değil ancak en önemli yönlerden zaten lityum iyondan daha iyi: daha uzun uçuşlar, daha güvenli operasyonlar ve daha az aksama süresi. Ve gariplikler çözüldükçe? Drone'ların yalnızca "işi yapmakla" kalmayıp, aynı işi her zamankinden daha hızlı, daha ucuz ve daha fazla yerde yaptıkları bir geleceğe bakıyoruz.

Drone'larınız için hangi katı hal pilinin mantıklı olduğunu merak ediyorsanız veya müşterilerimizle yaptığımız testler hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız bize bir telefon bırakın. Bu sadece teknik bir konuşma değil; drone operasyonlarınızın sizin için daha fazla çalışmasını sağlamakla ilgili.