Polovodičové batérie: Zmena hry napájajúca drony novej generácie

Ak ste navštívili poľnohospodársku pôdu na Stredozápade, pravdepodobne ste videli drony kĺzať po kukuričných poliach a rozprašovať hnojivo s dokonalou presnosťou. Tieto momenty nie sú len skvelé technické ukážky; sú to znaky toho, ako sa drony stali nenahraditeľnými v oblasti doručovania, poľnohospodárstva, obrany a práce v oblasti životného prostredia. Ale tu je háčik, o ktorom neustále počúvame od našich klientov: batérie ich brzdia.

Poďme si to rozobrať. V súčasnosti takmer každý komerčný dron beží na lítium-iónových batériách. Iste, tieto batérie sa v priebehu rokov zlepšili – pri niektorých modeloch sme videli, ako sa časy letu plazili z 20 minút na 60 minút a rýchlejšie nabíjanie skrátilo prestoje. Ale porozprávajte sa s akýmkoľvek operátorom dronu a povedia vám rovnaké frustrácie: Doručovací dron sa možno bude musieť vrátiť späť uprostred trasy, pretože jeho batéria sa príliš rýchlo vybíja. Farmár v Severnej Dakote nemôže v januári použiť svoj dron na monitorovanie plodín, pretože chladné počasie zabíja lítium-iónovú nálož. Bezpečnostný tím nasadzujúci drony v blízkosti elektrárne sa obáva požiaru batérie – horľavý tekutý elektrolyt Li-ion je v citlivých oblastiach skutočným rizikom. Toto nie sú malé problémy; sú to limity, ktoré bránia dronom dosiahnuť svoj plný potenciál.

To je miestopolovodičové batérievstúpte – a úprimne povedané, nie sú len inováciou. Úplne prehodnocujú spôsob, akým poháňame drony. Rozdiel je jednoduchý, ale obrovský: namiesto tekutého elektrolytu v lítium-iónových batériách používajú polovodičové batérie pevný materiál (napríklad keramiku alebo polymérne kompozity). Z toho, čo sme videli v testoch s výrobcami a klientmi, tento malý posun opravuje takmer každý bod bolesti, ktorý lítium-iónové prostredie vytvára.

Začnime tým veľkým: čas letu a dolet. Minulý štvrťrok sme spolupracovali s doručovacou spoločnosťou dronov v Kalifornii na testovaní polovodičových batérií. Ich staré lítium-iónové nastavenie umožnilo ich dronom lietať 15 míľ tam a späť a niesť 3-kilogramový balík. S novýmpolovodičové batérie? Dosiahli 28 míľ spiatočnej cesty - a mohli niesť ďalších 1,5 libry. Pre ich operácie to znamenalo pokrytie ďalších dvoch štvrtí na jeden dron za deň, neboli potrebné žiadne ďalšie lety. Pre klienta dohľadu pracujúceho na pohraničnej hliadke to znamená, že bezpilotné lietadlá zostanú vo vzduchu 2,5 hodiny namiesto 1 hodiny – čo stačí na sledovanie 40-míľového úseku bez návratu na základňu. To nie je postupné zlepšovanie; to je úplný posun v tom, čo môžu ich tímy dosiahnuť.

Bezpečnosť je ďalšia vec, o ktorej sa nedá rokovať, najmä pre drony lietajúce nad mestami alebo v blízkosti kritickej infraštruktúry. Začiatkom tohto roka sme vykonali malý interný test, aby sme to potvrdili: lítium-iónovú batériu a polovodičovú batériu sme vystavili rovnakým podmienkam – teplu 60 °C, malý náraz (napodobňujúci menšiu haváriu). Lítium-iónová batéria sa nafúkla a do 30 minút z nej unikla tekutina. Ten pevný? Ani sa neoteplilo. Klient, ktorý prevádzkuje bezpečnosť dronov na letiskách, nám povedal, že ide o niečo, čo zmenilo hru – už predtým museli drony uzemňovať, pretože sa obávali prehriatia lítium-iónu, ale pevné látky toto riziko úplne odstránia.

Potom je tu nákladový faktor – niečo, na čom záleží každej firme. Klient farmy v Iowe vypočítal, že svoje lítium-iónové batérie v dronoch vymieňajú každých 8 mesiacov, čo ich stojí približne \(1 800 ročne na dron. Polovodičové batérie? Výrobca odhaduje, že vydržia 3 roky. Spočítajte si to: to zníži ich ročné náklady na batérie na \)600. A doba nabíjania? Ich staré lítium-iónové batérie sa úplne nabili 1,5 hodiny; tie v tuhom stave dosiahli 80 % za 40 minút. Počas výsadby, keď od úsvitu do súmraku lietajú s dronmi, tento čas navyše pridá až 2 ďalšie letové cykly denne – pokryje ďalších 50 akrov kukurice.

Nemôžeme tiež ignorovať extrémne podmienky – niečo, čo naši environmentálni klienti neustále prinášajú. Minulý mesiac sme pomohli výskumnému tímu nasadiť drony na Aljaške na sledovanie populácií arktických líšok. Teploty tam klesnú na -30 °C a lítium-iónové batérie by sa vybili do 45 minút. S polovodičovými batériami? Drony lietali 2 hodiny v kuse a posielali späť jasné zábery z líščích brlohov. To isté platí pre prácu v púšti: klient v Arizone používa drony na monitorovanie lesných požiarov a pri 100 °F horúčave by ich lítium-iónové batérie stratili 30 % svojej kapacity za 10 minút. Pevný stav? Držia stabilne - dokonca aj po hodinách na slnku.

Udržateľnosť je ďalšou výhrou, ktorú neberieme na ľahkú váhu. Stále viac našich klientov sa pýta na ciele ESG a polovodičové batérie tu zaškrtávajú veľké políčko. Používajú o 70 % menej kobaltu ako lítium-iónové batérie – ťažba kobaltu je notoricky škodlivá pre životné prostredie aj miestne komunity. Navyše, náš tím pre udržateľnosť prekonal čísla: celková uhlíková stopa polovodičovej batérie (od výroby až po likvidáciu) je o 45 % nižšia ako pri lítium-iónovej. Pre doručovaciu spoločnosť, ktorá chce byť do roku 2030 uhlíkovo neutrálna, je to obrovský krok vpred.