Baterie półprzewodnikowe: przełom w zasilaniu dronów nowej generacji

Jeśli odwiedziłeś pola uprawne na Środkowym Zachodzie, prawdopodobnie widziałeś drony szybujące nad polami kukurydzy i rozpylające nawóz z niezwykłą dokładnością. Te chwile to nie tylko fajne demonstracje technologii; są oznaką tego, że drony stały się niezbędne w dostawach, rolnictwie, obronie i ochronie środowiska. Ale jest pewien haczyk, o którym bez przerwy słyszymy od naszych klientów: baterie ich powstrzymują.

Rozbijmy to. Obecnie prawie każdy komercyjny dron działa na bateriach litowo-jonowych. Jasne, te akumulatory z biegiem lat stawały się coraz lepsze — w przypadku niektórych modeli zaobserwowaliśmy, że czas lotu wydłużył się z 20 do 60 minut, a szybsze ładowanie skróciło przestoje. Ale porozmawiaj z dowolnym operatorem drona, a powie ci te same frustracje: dron dostawczy może być zmuszony zawrócić w połowie trasy, ponieważ jego bateria zbyt szybko się rozładowuje. Rolnik z Dakoty Północnej nie może w styczniu korzystać ze swojego drona do monitorowania upraw, ponieważ zimna pogoda niszczy ładunek litowo-jonowy. Zespół bezpieczeństwa rozmieszczający drony w pobliżu elektrowni martwi się pożarem akumulatorów — łatwopalny ciekły elektrolit w akumulatorach litowo-jonowych stanowi realne ryzyko we wrażliwych obszarach. To nie są małe problemy; to ograniczenia, które uniemożliwiają dronom osiągnięcie pełnego potencjału.

To właśnie tamakumulatory półprzewodnikoweprzyjdź — i szczerze mówiąc, nie są to tylko ulepszenia. To całkowite przemyślenie sposobu zasilania dronów. Różnica jest prosta, ale ogromna: zamiast ciekłego elektrolitu w akumulatorach litowo-jonowych, w akumulatorach półprzewodnikowych wykorzystuje się materiał stały (np. ceramikę lub kompozyty polimerowe). Z tego, co widzieliśmy w testach z producentami i klientami, ta niewielka zmiana rozwiązuje prawie każdy problem, jaki powoduje litowo-jonowy.

Zacznijmy od najważniejszego: czasu lotu i zasięgu. W zeszłym kwartale współpracowaliśmy z firmą dostarczającą drony w Kalifornii, aby przetestować akumulatory półprzewodnikowe. Ich stara konfiguracja litowo-jonowa pozwalała dronom latać w obie strony na dystansie 25 mil, przewożąc 3-funtowy pakiet. Z nowymakumulatory półprzewodnikowe? W obie strony pokonali 28 mil i mogli unieść dodatkowe 1,5 funta. W ich przypadku oznaczało to obsługę dwóch dodatkowych dzielnic dziennie za pomocą jednego drona, bez konieczności wykonywania dodatkowych lotów. W przypadku klienta nadzoru pracującego w patrolu granicznym oznacza to, że drony pozostają w powietrzu przez 2,5 godziny zamiast 1 godziny – co wystarcza do monitorowania 40-kilometrowego odcinka bez konieczności powrotu do bazy. To nie jest stopniowa poprawa; To całkowita zmiana w zakresie tego, co ich zespoły mogą osiągnąć.

Bezpieczeństwo to kolejna kwestia, która nie podlega negocjacjom, szczególnie w przypadku dronów latających nad miastami lub w pobliżu infrastruktury krytycznej. Aby to udowodnić, na początku tego roku przeprowadziliśmy mały wewnętrzny test: wystawiliśmy akumulator litowo-jonowy i akumulator półprzewodnikowy na te same warunki — ciepło 60°C, niewielkie uderzenie (naśladujące drobną awarię). Akumulator litowo-jonowy spuchł i w ciągu 30 minut wyciekł płyn. Ten półprzewodnikowy? Nawet się nie rozgrzało. Klient, który zajmuje się ochroną lotnisk za pomocą dronów, powiedział nam, że to zmienia zasady gry — musiał już wcześniej uziemiać drony ze względu na ryzyko przegrzania akumulatorów litowo-jonowych, ale rozwiązanie półprzewodnikowe całkowicie eliminuje to ryzyko.

Dochodzi jeszcze czynnik kosztowy – coś, na czym zależy każdej firmie. Klient z farmy w Iowa obliczył, że wymienia akumulatory litowo-jonowe do dronów co 8 miesięcy, co kosztuje ich około 1800 rocznie na drona. Baterie półprzewodnikowe? Producent szacuje, że wystarczą na 3 lata. Wykonaj obliczenia: to zmniejsza roczny koszt baterii do 600. A czas ładowania? Pełne naładowanie starych akumulatorów litowo-jonowych trwało 1,5 godziny; te półprzewodnikowe osiągnęły 80% w 40 minut. W sezonie sadzenia, kiedy drony obsługują od świtu do zmierzchu, ten dodatkowy czas wydłuża się o 2 dodatkowe cykle lotów dziennie, co pozwala na obsianie 50 akrów kukurydzy więcej.

Nie możemy również ignorować ekstremalnych warunków – o czym stale wspominają nasi klienci zajmujący się ochroną środowiska. W zeszłym miesiącu pomogliśmy zespołowi badawczemu rozmieścić drony na Alasce w celu śledzenia populacji lisów polarnych. Temperatury spadają tam do -30°C, a akumulatory litowo-jonowe wyczerpią się w ciągu 45 minut. Z bateriami półprzewodnikowymi? Drony latały bez przerwy przez 2 godziny, przesyłając wyraźny obraz legowisk lisów. To samo dotyczy pracy na pustyni: klient w Arizonie używa dronów do monitorowania pożarów, a przy upale wynoszącym 30°F jego akumulatory litowo-jonowe tracą 30% naładowania w ciągu 10 minut. Półprzewodnikowy? Trzymają się stabilnie nawet po wielu godzinach spędzonych na słońcu.

Zrównoważony rozwój to kolejne zwycięstwo, którego nie lekceważymy. Coraz więcej naszych klientów pyta o cele ESG, a akumulatory półprzewodnikowe zaznaczają tutaj duże pole. Zużywają o 70% mniej kobaltu niż akumulatory litowo-jonowe – wydobycie kobaltu jest notorycznie szkodliwe zarówno dla środowiska, jak i lokalnych społeczności. Ponadto nasz zespół ds. zrównoważonego rozwoju przeanalizował liczby: całkowity ślad węglowy baterii półprzewodnikowych (od produkcji do utylizacji) jest o 45% niższy w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi. Dla firmy dostawczej, która do 2030 r. chce osiągnąć neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla, jest to ogromny krok naprzód.