باتری های حالت جامد: تغییر دهنده بازی که پهپادهای نسل بعدی را تامین می کند

اگر از زمین‌های کشاورزی در غرب میانه بازدید کرده‌اید، احتمالاً هواپیماهای بدون سرنشین را دیده‌اید که روی مزارع ذرت سر می‌زنند و کود را با دقت دقیق می‌پاشند. این لحظات فقط دموی فناوری جالب نیستند. آنها نشانه هایی هستند از اینکه چگونه هواپیماهای بدون سرنشین در حمل و نقل، کشاورزی، دفاع و کارهای زیست محیطی ضروری شده اند. اما این چیزی است که ما بی‌وقفه از مشتریان خود می‌شنویم: باتری‌ها آنها را عقب نگه می‌دارند.

بیایید آن را تجزیه کنیم. در حال حاضر، تقریباً هر پهپاد تجاری با باتری های لیتیوم یون کار می کند. مطمئناً، این باتری‌ها در طول سال‌ها بهتر شده‌اند – ما شاهد بوده‌ایم که زمان پرواز برای برخی مدل‌ها از ۲۰ دقیقه به ۶۰ دقیقه می‌رسد و شارژ سریع‌تر باعث کاهش زمان توقف شده است. اما با هر اپراتور هواپیمای بدون سرنشین صحبت کنید، و آنها همان ناراحتی ها را به شما خواهند گفت: یک پهپاد تحویلی ممکن است مجبور شود در اواسط مسیر برگردد زیرا باتری آن خیلی سریع تخلیه می شود. یک کشاورز در داکوتای شمالی نمی تواند از پهپاد نظارت بر محصول خود در ماه ژانویه استفاده کند زیرا هوای سرد بار لیتیوم یون را از بین می برد. یک تیم امنیتی که پهپادها را در نزدیکی یک نیروگاه مستقر می کند نگران آتش سوزی باتری است - الکترولیت مایع قابل اشتعال لیتیوم یون یک خطر واقعی در مناطق حساس است. اینها مشکلات کوچکی نیستند؛ آنها محدودیت هایی هستند که پهپادها را از دستیابی به پتانسیل کامل خود باز می دارند.

آنجاستباتری های حالت جامدوارد شوید - و صادقانه بگویم، آنها فقط یک ارتقا نیستند. آنها یک بازنگری کامل در مورد چگونگی نیرو دادن به پهپادها هستند. تفاوت ساده اما بزرگ است: به جای الکترولیت مایع در باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های حالت جامد از مواد جامد استفاده می‌کنند (به سرامیک‌ها یا کامپوزیت‌های پلیمری فکر کنید). با توجه به آنچه در آزمایشات با تولید کنندگان و مشتریان دیده ایم، این تغییر کوچک تقریباً هر نقطه درد ایجاد شده لیتیوم یون را برطرف می کند.

بیایید با یک مورد بزرگ شروع کنیم: زمان و محدوده پرواز. سه ماهه گذشته، ما با یک شرکت تحویل پهپاد در کالیفرنیا برای آزمایش باتری‌های حالت جامد کار کردیم. مجموعه قدیمی لیتیوم یون آنها به پهپادهای آنها اجازه می داد تا 15 مایل رفت و برگشت را با یک بسته 3 پوندی پرواز کنند. با جدیدباتری های حالت جامد? آنها 28 مایل رفت و برگشت را طی کردند و می توانستند 1.5 پوند اضافی حمل کنند. برای عملیات آنها، این به معنای پوشش دو محله بیشتر به ازای هر پهپاد در روز بود، بدون نیاز به پرواز اضافی. برای یک مشتری نظارتی که در گشت مرزی کار می کند، این به معنای آن است که هواپیماهای بدون سرنشین به جای 1 ساعت به مدت 2.5 ساعت در هوا می مانند - برای نظارت بر امتداد 40 مایلی بدون بازگشت به پایگاه کافی است. این بهبود تدریجی نیست؛ این یک تغییر کامل در آنچه که تیم آنها می تواند انجام دهد است.

ایمنی یکی دیگر از موارد غیر قابل مذاکره است، به ویژه برای هواپیماهای بدون سرنشین که بر فراز شهرها یا نزدیک به زیرساخت های حیاتی پرواز می کنند. ما اوایل سال جاری یک آزمایش داخلی کوچک انجام دادیم تا این موضوع را ثابت کنیم: یک باتری لیتیوم یونی و یک باتری حالت جامد را در معرض شرایط یکسانی قرار دادیم - گرمای 60 درجه سانتیگراد، یک ضربه کوچک (تقلید از یک تصادف جزئی). باتری لیتیوم یونی در عرض 30 دقیقه متورم شد و مایع نشت کرد. حالت جامد؟ حتی گرم هم نشد یکی از مشتریانی که امنیت هواپیماهای بدون سرنشین را برای فرودگاه ها اداره می کند، به ما گفت که این یک بازی را تغییر می دهد - آنها قبلاً مجبور بودند هواپیماهای بدون سرنشین را به دلیل ترس از گرمای بیش از حد لیتیوم زمین گیر کنند، اما حالت جامد این خطر را به طور کامل برطرف می کند.

سپس عامل هزینه وجود دارد - چیزی که هر کسب و کاری به آن اهمیت می دهد. یک مشتری مزرعه ای در آیووا محاسبه کرد که آنها باتری های پهپادهای لیتیوم یون خود را هر 8 ماه یکبار تعویض می کردند و برای آنها حدود 1800 در سال هزینه داشت. باتری های حالت جامد؟ سازنده تخمین می زند که آنها 3 سال عمر کنند. حساب کنید: این هزینه سالانه باتری آنها را به 600 کاهش می دهد. و زمان شارژ؟ باتری های لیتیوم یون قدیمی آنها 1.5 ساعت طول کشید تا کاملاً شارژ شوند. حالت جامد در 40 دقیقه به 80 درصد رسید. در طول فصل کاشت، زمانی که آنها از سپیده دم تا غروب با هواپیماهای بدون سرنشین کار می کنند، این زمان اضافی به 2 چرخه پرواز دیگر در روز اضافه می شود که 50 هکتار ذرت دیگر را پوشش می دهد.

ما همچنین نمی توانیم شرایط شدید را نادیده بگیریم - چیزی که مشتریان محیطی ما همیشه مطرح می کنند. ماه گذشته، ما به یک تیم تحقیقاتی کمک کردیم تا پهپادها را در آلاسکا برای ردیابی جمعیت روباه قطب شمال مستقر کنند. دما در آنجا به -30 درجه سانتیگراد کاهش می یابد و باتری های لیتیوم یونی در عرض 45 دقیقه از بین می روند. با باتری های حالت جامد؟ پهپادها 2 ساعت متوالی پرواز کردند و تصاویر واضحی از لانه روباه ها ارسال کردند. همین امر در مورد کار در صحرا نیز صدق می کند: مشتری در آریزونا از پهپادها برای نظارت بر آتش سوزی های جنگلی استفاده می کند و در گرمای 100 درجه فارنهایت، باتری های لیتیوم یونی آنها در عرض 10 دقیقه 30 درصد شارژ خود را از دست می دهند. حالت جامد؟ آنها ثابت می مانند - حتی پس از ساعت ها در آفتاب.

پایداری یکی دیگر از پیروزی‌هایی است که ما آن را ساده نمی‌دانیم. بیشتر و بیشتر مشتریان ما در مورد اهداف ESG می پرسند، و باتری های حالت جامد یک کادر بزرگ را در اینجا علامت می زنند. آنها 70 درصد کمتر از باتری های لیتیوم یون کبالت استفاده می کنند - استخراج کبالت برای محیط زیست و جوامع محلی بسیار مضر است. به‌علاوه، تیم پایداری ما اعداد را به هم زد: کل ردپای کربن یک باتری حالت جامد (از تولید تا دور ریختن) 45 درصد کمتر از یون لیتیوم است. برای شرکتی که قصد دارد تا سال 2030 کربن خنثی کند، این یک گام بزرگ به جلو است.