Литиумски батерии со цврста состојба за беспилотни летала: можности и инженерски предизвици

Литиумски батерии во цврста состојбабеа „иднината“ доволно долго што фразата почна да се чувствува шуплива. Но, конкретно во апликациите за UAV, технологијата е минато шпекулации во рана фаза. Вистинските ќелии во цврста состојба се тестираат, потврдуваат и во некои случаи се распоредуваат на комерцијални платформи за беспилотни летала - а инженерските компромиси се појасни отколку што биле досега.

Еве еден искрен поглед на тоа што всушност нудат литиумските батерии во цврста состојба за апликации за беспилотни летала и што сè уште ја отежнува работата со нив.

Зошто Solid-State има смисла за дронови

Основната разлика е електролитот. Конвенционалните литиум полимерни батерии користат течен или гел електролит - ефикасен, но запалив и чувствителен на екстремни температури. Батериите во цврста состојба ги заменуваат со цврст електролит, а таа замена носи низа последици кои се особено релевантни за апликациите на UAV.

Подобра термичка стабилност. Течните електролити се примарен придонесувач за термички бегство во LiPo батериите. Отстранете ја течноста и ќе го отстраните најопасниот режим на неуспех во хемијата на литиум. За беспилотни летала кои работат во средини со висока амбиентална температура, во близина на носивост што генерира топлина или во апликации каде пожарот на батеријата би бил катастрофален, таа стабилност е многу важна.

Потенцијал за поголема енергетска густина. Архитектурата во цврста состојба е компатибилна со аноди од литиум метал, кои складираат значително повеќе енергија по грам од графитните аноди што се користат во конвенционалните литиум-јонски и LiPo ќелии. Во апликација чувствителна на тежина, како што е дизајнот на дронови, плафонот со густина на енергија е еден од најважните спецификации на масата. Повеќе енергија по килограм значи подолго време на летот без додавање на тежината на авионската рамка.

Продолжен век на циклус. Цврстите електролити се генерално помалку реактивни со електродните материјали со текот на времето, што значи помала деградација по циклус. За комерцијалните оператори на беспилотни летала кои работат со високи работни циклуси, подобриот животен век директно се преведува на пониски трошоци за батерии по лет и попредвидливи распореди за замена.

Поширок опсег на работна температура. Клетките во цврста состојба одржуваат поконзистентни перформанси преку температурни екстреми отколку алтернативите со течен електролит. Операциите со беспилотни летала за студени временски услови - инспекција на инфраструктурата во северните клими, работа на истражување на голема височина - имаат корист од хемијата што не губи значителен капацитет кога температурите се намалуваат.

Инженерските предизвици кои сè уште се реални

Ништо од тоа не доаѓа без триење. Литиумските батерии во цврста состојба за беспилотни летала се соочуваат со вистински инженерски пречки што објаснуваат зошто пакувањата LiPo сè уште доминираат во комерцијалните апликации за UAV.

Комплексност и цена на производството. Цврстите електролитни материјали се потешко да се произведуваат постојано од течните електролити, а производните процеси бараат поголема прецизност. Тоа се преведува на повисоки единечни трошоци - понекогаш значително повисоки - што создава бариера за комерцијалните оператори чувствителни на трошоци.

Отпорност на интерфејсот. Контактот помеѓу материјалите на цврстиот електролит и електродата не е толку интимен како во течно-електролитните системи. Овој интерфејс отпор го зголемува внатрешниот отпор, што ги ограничува врвните стапки на празнење. Испуштањето со висока C-стапка - онакво што е потребно за време на агресивни маневри со UAV или кревање тешки товари - е потешко да се постигне со сегашните дизајни во цврста состојба без казни за изведба.

Механички стрес за време на возење велосипед. Материјалите од електродата се шират и се собираат додека јоните на литиум се движат внатре и надвор за време на полнење и празнење. Во течно-електролитните батерии, електролитот го прифаќа ова движење. Во ќелиите во цврста состојба, волуметриските промени може да создадат механички стрес на интерфејсот електрода-електролит, што придонесува за деградација со текот на времето. Управувањето со ова во обем е активна област на инженерска работа.

Изведба со ладен старт. Додека батериите во цврста состојба работат подобро низ температурните опсези при работа во стабилна состојба, некои материјали со цврст електролит покажуваат зголемена отпорност при многу ниски температури при почетното стартување. Ова се подобрува со материјалниот напредок, но останува да се земе предвид за одредени средини за распоредување.

Каде што технологијата значи комерцијални апликации за беспилотни летала

Литиумски батерии во цврста состојбасе остварливи за производство за апликации за UAV денес - со правилно вклопување на апликацијата. Мисиите со висока вредност каде термичката безбедност е приоритет, платформите каде што подобрувањата на густината на енергијата ја оправдуваат премијата за трошоците и операциите каде продолжениот век на циклусот создава значаен рентабилност се сите разумни цели.

ZYEBATTERYразвива и литиум полимер со високи перформанси и литиум-јонски UAV батерии во цврста состојба бидејќи вистинската хемија зависи од апликацијата. Не на секоја операција на беспилотни летала и е потребна технологија со цврста состојба денес. Некои веќе го прават тоа - и како што се намалуваат производствените размери и трошоци, таа категорија значително ќе се прошири.

Иднината пристигна нерамномерно. Но, стигна.