باتری های حالت جامد برای پهپادها در مقابل لیتیوم-یون چگونه است؟

1. استقامت باتری مدتهاست که یک محدودیت حیاتی در عملیات پهپادهای تجاری و نظامی-غیرنظامی با کاربرد دوگانه بوده است.

چه برای بازرسی زیرساخت، نقشه برداری کشاورزی، مأموریت های جستجو و نجات، یا شناسایی نظامی، مدت پرواز مستقیماً برد عملیاتی و ظرفیت بار را محدود می کند.

در حالی که باتری‌های لیتیوم یون سنتی استاندارد صنعت باقی می‌مانند، هنوز زمان پرواز پهپادهای حرفه‌ای را در شرایط ایده‌آل به 20 تا 60 دقیقه محدود می‌کنند. عوامل محیطی و محموله ها مدت زمان واقعی ماموریت را بیشتر کاهش می دهند. این تنگنا اپراتورها را مجبور به برنامه ریزی لجستیکی پیچیده، تعویض مکرر باتری، و محدود کردن پیچیدگی ماموریت می کند.

2. لیتیوم یون در مقابل باتری های حالت جامد: مقایسه فنی

باتری‌های لیتیوم یون: عملکرد و محدودیت‌های فعلی

باتری های لیتیوم یونی از الکترولیت های مایع برای انتقال یون های لیتیوم بین الکترودها استفاده می کنند. مزایای اصلی آنها عبارتند از: چگالی انرژی نسبتاً بالا (تا 250 Wh/kg)، قابلیت شارژ سریع، و مقیاس تولید بالغ با کارایی هزینه که طی دهه‌ها بهبود تدریجی ایجاد شده است. این فناوری اثبات شده، قابل اعتماد، و به طور گسترده پذیرفته شده است، که زیربنای کاربردهای جامع در بخش پهپادهای تجاری است.

3. با این حال، باتری های لیتیوم یون نیز دارای اشکالات قابل توجهی هستند:

مدت زمان پرواز توسط حد بالای فعلی چگالی انرژی عملی محدود می شود.

ایمنی همچنان یک نگرانی حیاتی است: الکترولیت‌های مایع قابل اشتعال هستند و خطرات فرار حرارتی و خرابی فاجعه‌آمیز را به‌ویژه در محیط‌های خشن یا ضربه‌های بعدی ایجاد می‌کنند.

طول عمر باتری به طور مستقیم با چرخه شارژ-دشارژ همبستگی دارد. عملکرد به طور قابل توجهی فراتر از یک تعداد چرخه خاص کاهش می یابد.

باتری‌های لیتیوم یونی به دماهای شدید بسیار حساس هستند: دمای پایین عملکرد را کاهش می‌دهد، در حالی که دمای بالا خطر آتش‌سوزی را تشدید می‌کند.

4. باتری های حالت جامد: جهش تکنولوژیکی بعدی؟

باتری های حالت جامد (SSB) با جایگزینی الکترولیت های مایع با الکترولیت های حالت جامد (معمولاً ماتریس های سرامیکی، شیشه ای یا پلیمری) به یک نوآوری ساختاری اساسی دست می یابند. گزارش‌های اخیر نشان می‌دهد که باتری‌های حالت جامد می‌توانند به چگالی انرژی بیش از 400 وات ساعت بر کیلوگرم دست یابند، با برخی از مطالعات پتانسیل بیشتری را نشان می‌دهند. از نظر تئوری، این جهش به این معنی است که پهپادها می توانند زمان پرواز را افزایش دهند یا تجهیزات بیشتری را با همان وزن باتری حمل کنند. این نکات کلیدی هنگام ارزیابی مزایا و معایب فن‌آوری‌های باتری لیتیوم یونی در مقابل فناوری‌های باتری حالت جامد برای پهپادها، مرجع ارزشمندی هستند.

مزایای اصلی برجسته شده در گزارش ها و مطالعات صنعت عبارتند از:

چگالی انرژی به طور قابل توجهی افزایش یافته است: باتری های حالت جامد می توانند برد پروازهای تجاری پهپاد را دو تا سه برابر افزایش دهند و عملیات چند ساعته را بسیار فراتر از فناوری لیتیوم یون فعلی امکان پذیر کنند.

ایمنی افزایش یافته: الکترولیت های جامد غیر قابل اشتعال به شدت خطرات آتش سوزی و انفجار را کاهش می دهند - برای عملیات در مناطق پرجمعیت یا حساس بسیار مهم است.

طول عمر بیشتر: باتری‌های حالت جامد هزاران چرخه شارژ-دشارژ را بدون تخریب تحمل می‌کنند و نویدبخش هزینه کل مالکیت کمتر برای اپراتورهای ناوگان تجاری و نظامی است.

عملکرد عالی در دماهای شدید: الکترولیت های جامد پایداری را در محیط های قطبی یا بیابانی حفظ می کنند و محدوده استقرار را برای ماموریت های پهپادهای حیاتی افزایش می دهند.

در بخش کشاورزی، پهپادهای مجهز به این باتری‌ها می‌توانند به طور مداوم در مناطق وسیع بدون نیاز به شارژ مجدد در اواسط پرواز، انجام وظایفی مانند نظارت بر محصولات، سمپاشی آفت‌کش‌ها و تجزیه و تحلیل خاک، کار کنند. طراحی جمع و جور آنها مانور چابک را در فضاهای محدود مانند باغ ها امکان پذیر می کند.

تیم های امداد نیز از این باتری ها برای واکنش اضطراری استفاده می کنند. پهپادها می توانند به سرعت به مناطق حادثه خیز برسند تا کمک رسانی کنند، دارو را حمل کنند، به جستجوی بازماندگان بپردازند، و آسیب ها را در مناطق غیرقابل دسترس برای انسان بررسی کنند. این باتری‌ها در محیط‌های شدید عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند و عملکرد قابل اعتماد را در بحرانی‌ترین لحظات تضمین می‌کنند.

5. آغاز یک دوره جدید برای هواپیماهای بدون سرنشین

باتری های حالت جامدوعده تغییر اساسی صنعت هواپیماهای بدون سرنشین را می دهد و به طور قابل توجهی استقامت و قابلیت های ماموریت پلت فرم های تجاری و دو منظوره را افزایش می دهد. در حالی که باتری‌های لیتیوم یون سنتی در آینده قابل پیش‌بینی به دلیل هزینه و مزیت‌های عرضه، غالب باقی خواهند ماند، ظهور باتری‌های حالت جامد، آغاز فصل جدیدی در تحرک هوایی است - با رهایی از محدودیت‌های عمر باتری پهپادها، امکانات آنها دوباره تعریف می‌شود.