Дрондарға арналған қатты күйдегі литий батареялары: мүмкіндіктер мен инженерлік қиындықтар

Қатты күйдегі литий батареяларыұзақ уақыт бойы «болашақ» болды, сондықтан фраза бос сезіне бастады. Бірақ нақтырақ айтқанда, UAV қолданбаларында технология ерте кезеңдегі болжамдардан өткен. Нағыз қатты дене жасушалары сыналады, расталады және кейбір жағдайларда коммерциялық ұшқышсыз платформаларда орналастырылады - және инженерлік келіссөздер бұрын-соңды болмағандай анық.

Мұнда қатты күйдегі литий батареялары дрон қолданбалары үшін не ұсынатынын және олармен жұмыс істеуді әлі де қиындататыны туралы шынайы көзқарас.

Неліктен қатты күйдің дрондар үшін мағынасы бар?

Негізгі айырмашылық - электролит. Кәдімгі литий-полимерлі аккумуляторлар сұйық немесе гельдік электролитті пайдаланады — тиімді, бірақ тұтанғыш және температураның шектен шығуына сезімтал. Қатты күйдегі батареялар оны қатты электролиттік материалмен ауыстырады және бұл ауыстыру әсіресе UAV қолданбаларына қатысты көптеген салдарларды тудырады.

Жақсырақ термиялық тұрақтылық. Сұйық электролиттер LiPo аккумуляторларындағы жылуды жоғалтудың негізгі факторы болып табылады. Сұйықтықты алып тастаңыз және литий химиясындағы ең қауіпті сәтсіздік режимін алып тастаңыз. Қоршаған ортаның жоғары температурасы бар ортада, жылу шығаратын пайдалы жүктемелердің жанында немесе батареяның жануы апатты болатын қолданбаларда жұмыс істейтін дрондар үшін бұл тұрақтылық өте маңызды.

Жоғары энергия тығыздығы потенциалы. Қатты дене сәулеті әдеттегі литий-иондық және LiPo жасушаларында қолданылатын графиттік анодтарға қарағанда бір грамм үшін айтарлықтай көп энергияны сақтайтын литий металл анодтарымен үйлесімді. Дрон дизайны сияқты салмаққа сезімтал қолданбада энергия тығыздығы төбесі үстелдегі ең маңызды сипаттамалардың бірі болып табылады. Бір килограммға көбірек энергия әуе корпусының салмағын қоспай-ақ ұзақ ұшу уақытын білдіреді.

Ұзартылған цикл мерзімі. Қатты электролиттер уақыт өте келе электродтық материалдармен әдетте аз реактивті болады, бұл бір циклде аз деградацияны білдіреді. Жоғары жұмыс циклдерін орындайтын коммерциялық дрон операторлары үшін циклдің жақсырақ қызмет ету мерзімі бір рейстегі батарея құнының төмендеуіне және болжамды ауыстыру кестелеріне тікелей аударылады.

Жұмыс температурасының кеңірек диапазоны. Қатты күйдегі жасушалар сұйық-электролит баламаларына қарағанда температураның шектен тыс тұрақты жұмысын сақтайды. Суық ауа райында ұшқышсыз ұшу операциялары - солтүстік климаттағы инфрақұрылымды тексеру, биіктіктегі зерттеу жұмыстары - температура төмендеген кезде айтарлықтай қуатты жоғалтпайтын химияның пайдасы.

Әлі де шынайы инженерлік қиындықтар

Мұның ешқайсысы үйкеліссіз болмайды. Дрондарға арналған қатты күйдегі литий батареялары LiPo пакеттерінің коммерциялық UAV қолданбаларында неге басым екенін түсіндіретін шынайы инженерлік кедергілерге тап болады.

Өндірістің күрделілігі мен құны. Қатты электролиттік материалдарды сұйық электролиттерге қарағанда дәйекті түрде өндіру қиынырақ, ал өндірістік процестер дәлдікті талап етеді. Бұл бірліктің құнының жоғарылауына әкеледі - кейде айтарлықтай жоғары - бұл шығындарға сезімтал коммерциялық операторлар үшін кедергі жасайды.

Интерфейс кедергісі. Қатты электролит пен электрод материалдарының арасындағы байланыс сұйық-электролиттік жүйелердегідей жақын емес. Бұл интерфейс кедергісі ең жоғары разряд жылдамдығын шектейтін ішкі кедергіні арттырады. Агрессивті UAV маневрлері немесе ауыр жүкті көтергіштер кезінде қажет болатын C дәрежесі жоғары разряд — өнімділік айыппұлдарынсыз ағымдағы қатты дене конструкцияларымен қол жеткізу қиынырақ.

Велосипедпен жүру кезіндегі механикалық кернеу. Зарядтау және разряд кезінде литий иондары кіріп-шығатындықтан электродтық материалдар кеңейеді және жиырылады. Сұйық-электролиттік батареяларда электролит бұл қозғалысты қамтамасыз етеді. Қатты күйдегі жасушаларда көлемдік өзгерістер электрод-электролит интерфейсінде механикалық кернеу тудыруы мүмкін, бұл уақыт өте келе деградацияға ықпал етеді. Оны ауқымды түрде басқару инженерлік жұмыстың белсенді саласы болып табылады.

Суық іске қосу өнімділігі. Қатты күйдегі батареялар тұрақты күйде жұмыс істегенде температура диапазонында жақсырақ жұмыс істегенімен, кейбір қатты электролиттік материалдар бастапқы іске қосу кезінде өте төмен температурада жоғары қарсылықты көрсетеді. Бұл материалдық жетістіктермен жақсаруда, бірақ белгілі бір орналастыру орталары үшін қарастырылатын мәселе болып қала береді.

Технология коммерциялық дрон қолданбаларына арналған жерде

Қатты күйдегі литий батареяларыбүгінде UAV қолданбалары үшін өндіріске жарамды — дұрыс қолданбаға сай. Жылулық қауіпсіздік басымдылық болып табылатын жоғары құнды миссиялар, энергия тығыздығын жақсарту шығындарды ақтайтын платформалар және ұзартылған циклдің қызмет ету мерзімі маңызды ROI беретін операциялардың барлығы ақылға қонымды мақсаттар болып табылады.

ZYEBATTERYжоғары өнімді литий полимерін де, қатты күйдегі литий-ионды UAV батареяларын да дамытады, өйткені дұрыс химия қолданбаға байланысты. Бүгінгі таңда әрбір дрон операциясына қатты күйдегі технология қажет емес. Кейбіреулер қазірдің өзінде жасайды - және өндіріс ауқымы мен шығындары төмендеген сайын бұл санат айтарлықтай кеңейеді.

Болашақ біркелкі емес келді. Бірақ ол келді.