چالش ها و محدودیت های استفاده از باتری های حالت جامد در هواپیماهای بدون سرنشین چیست؟

چالش ها و محدودیت های باتری های حالت جامد در هواپیماهای بدون سرنشین: پیمایش موانع جاده ای به فرزندخواندگی

حالت جامد به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده برای باتری های لیتیوم یون (LI-Ion) برای هواپیماهای بدون سرنشین ، ارائه مزایایی مانند چگالی انرژی بالاتر ، ایمنی بهبود یافته و تحمل دما بهتر ارائه شده است. با این حال ، مسیر آنها برای پذیرش گسترده در صنعت هواپیماهای بدون سرنشین با مجموعه ای از چالش های فنی ، اقتصادی و عملی مانع است. بیایید این محدودیت ها را تجزیه کنیم و چرا آنها برای اپراتورهای هواپیماهای بدون سرنشین ، تولید کنندگان و صنایع متکی به وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) اهمیت دارند.

1. هزینه های بالای تولید و مقیاس پذیری محدود

یکی از مهمترین موانع پذیرش باتری حالت جامد در هواپیماهای بدون سرنشین هزینه است. فناوری حالت جامد برای تولید در مقیاس گران است ، در درجه اول به دلیل:

مواد تخصصی: بسیاری از باتری های حالت جامد از اجزای پر هزینه مانند آنگاههای فلزی لیتیوم ، الکترولیتهای سرامیکی (به عنوان مثال ، گارنت یا سولفید مبتنی بر) یا مواد اولیه فوق العاده استفاده می کنند. این مواد نسبت به آند گرافیت و الکترولیتهای مایع در باتری های Li-Ion گران تر هستند.

تولید پیچیده: تولید باتری های حالت جامد نیاز به فرآیندهای تولید دقیق مانند رسوب فیلم نازک برای الکترولیت ها یا محیط های کنترل شده برای جلوگیری از آلودگی دارد. این مراحل با نیروی کار بیشتری دارند و به تجهیزات تخصصی نیاز دارند و هزینه های تولید را افزایش می دهند.

ترتیب چرخه زندگی و تخریب

هواپیماهای بدون سرنشین کارگاههای کار هستند - بسیاری از آنها روزانه فعالیت می کنند و به چرخه های شارژ مکرر و تخلیه نیاز دارند. برای باتری های حالت جامد ، عمر چرخه (تعداد چرخه های تخلیه بار قبل از کاهش ظرفیت زیر 80 ٪) یک محدودیت مهم است.

این تخریب ناشی از بی ثباتی سطحی بین الکترولیت جامد و الکترودها است. با گذشت زمان ، واکنشهای شیمیایی در این رابط ها لایه های مقاومت را تشکیل می دهند و باعث کاهش هدایت و ظرفیت می شوند. به عنوان مثال ، آنگاههای فلزی لیتیوم (رایج در باتری های حالت جامد) می توانند دندریت ها-سازه های سوزن مانند-که الکترولیت جامد را سوراخ می کنند ، تشکیل دهند و باعث ایجاد مدارهای کوتاه یا از بین رفتن ظرفیت شوند. در حالی که الکترولیتهای سرامیکی نسبت به دندریت ها نسبت به نمونه های مایع مقاوم تر هستند ، اما به ویژه با میزان تخلیه بالا ، غیرقابل نفوذ نیستند.

3. شکنندگی مکانیکی و حساسیت لرزش

هواپیماهای بدون سرنشین در محیط های پویا و غالباً سخت کار می کنند - آنها در هنگام پرواز لرزش می کنند ، در برابر تأثیرات ناشی از باد و یا حتی تصادف مقاومت می کنند.باتری های حالت جامد، به ویژه آنهایی که از الکترولیتهای سرامیکی استفاده می کنند ، در مقایسه با باتری های LI-Ion انعطاف پذیر و به سبک کیسه ای که در هواپیماهای بدون سرنشین متداول هستند ، از نظر مکانیکی شکننده هستند.

4. محدودیت های درجه حرارت و تخلیه

در حالی که باتری های حالت جامد در دماهای شدید بهتر از باتری های لیتیوم عملکردی بهتر عمل می کنند ، آنها جهانی قوی نیستند. بسیاری از الکترولیتهای جامد دارای دامنه دمای بهینه باریک برای هدایت هستند.

5. فاکتور و چالش های ادغام

هواپیماهای بدون سرنشین در شکل ها و اندازه های متنوعی قرار می گیرند ، از کوادکوپترهای جمع و جور گرفته تا پهپادهای بالدار ثابت با بدنه های باریک. این تنوع باتری هایی را با فاکتورهای فرم انعطاف پذیر - طرح ها ، سیلندرها یا شکل های سفارشی می طلبد. باتری های حالت جامد ، به ویژه آنهایی که دارای الکترولیت های سرامیکی هستند ، غالباً سفت و سخت و دشوار برای اندازه های غیر استاندارد هستند. الکترولیت های پلیمری انعطاف پذیری بیشتری را ارائه می دهند اما هدایت قربانی می کنند و آنها را برای هواپیماهای بدون سرنشین با قدرت بالا نامناسب می کند.

6. قابلیت اطمینان ماموریت است

باتری های حالت جامد آزمایش شده آزمایشگاه ممکن است 90 دقیقه زمان پرواز را در شرایط کنترل شده به دست آورد ، اما در استفاده از دنیای واقعی-با مقاومت در برابر باد ، تغییر بار یا نوسانات دما-زمان پرواز واقعی می تواند 20 تا 30 ٪ کاهش یابد. این غیرقابل پیش بینی باعث می شود صنایع مانند تدارکات یا خدمات اضطراری از اتخاذ SSBS تردید کنند.

نتیجه گیری: پیشرفت ، اما کمال نیست

باتری های حالت جامد وعده های عظیمی را برای هواپیماهای بدون سرنشین دارند ، اما محدودیت های فعلی آنها-بسته بندی ، زندگی چرخه ، شکنندگی و چالش های ادغام-آنها را از جابجایی باتری های Li-Ion یک شبه سپری می کند. این موانع قابل غلبه هستند: پیشرفت در شیمی الکترولیت (به عنوان مثال ، الکترولیت های سرامیکی پلیمر ترکیبی) ، تولید مقیاس پذیر و طرح های مقاوم به دندریت در حال حاضر در حال بررسی موضوعات کلیدی هستند.

در حال حاضر ، باتری های حالت جامدبرای کاربردهای هواپیماهای بدون سرنشین طاقچه مناسب هستند که نقاط قوت آنها (ایمنی ، چگالی انرژی بالا) از هزینه های آنها بالاتر است-مانند پهپادهای نظامی یا بازرسی های صنعتی سطح بالا. با این حال ، با بالغ شدن فناوری ، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که باتری های حالت جامد به تدریج بازار هواپیماهای بدون سرنشین را به تدریج (نفوذ کنند) ، باز کردن امکانات جدید برای زمان پرواز و تطبیق پذیری. تا آن زمان ، Li-Ion انتخاب عملی برای اکثر اپراتورهای هواپیماهای بدون سرنشین باقی مانده است.

برای اطلاعات بیشتر در موردباتری حالت جامد چگالی بالاو دامنه ما از راه حل های ذخیره انرژی با کارایی بالا ، لطفاً با ما در تماس با ما دریغ نکنیدcoco@zyepower.comبشر تیم متخصصان ما آماده هستند تا به شما در یافتن راه حل مناسب برای نیازهای خود کمک کنند.