Pin thể rắn cho máy bay không người lái so với Lithium-Ion như thế nào?

1. Độ bền của pin từ lâu đã là một hạn chế quan trọng đối với các hoạt động sử dụng máy bay không người lái lưỡng dụng thương mại và quân sự-dân sự.

Cho dù là để kiểm tra cơ sở hạ tầng, khảo sát nông nghiệp, nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn hay trinh sát quân sự, thời gian bay sẽ trực tiếp hạn chế phạm vi hoạt động và khả năng chuyên chở.

Mặc dù pin lithium-ion truyền thống vẫn là tiêu chuẩn công nghiệp nhưng chúng vẫn giới hạn thời gian bay của máy bay không người lái chuyên nghiệp ở mức 20 đến 60 phút trong điều kiện lý tưởng. Các yếu tố môi trường và tải trọng càng làm giảm thời gian thực hiện nhiệm vụ thực tế. Nút thắt cổ chai này buộc người vận hành phải lập kế hoạch hậu cần phức tạp, thay pin thường xuyên và hạn chế độ phức tạp của nhiệm vụ.

2. Pin Lithium-ion và Pin thể rắn: So sánh kỹ thuật

Pin Lithium-ion: Hiệu suất hiện tại và những hạn chế

Pin lithium-ion sử dụng chất điện phân lỏng để vận chuyển các ion lithium giữa các điện cực. Ưu điểm cốt lõi của chúng bao gồm: mật độ năng lượng tương đối cao (lên tới 250 Wh/kg), khả năng sạc nhanh và quy mô sản xuất hoàn thiện với hiệu quả chi phí được phát triển qua nhiều thập kỷ cải tiến liên tục. Công nghệ này đã được chứng minh, đáng tin cậy và được áp dụng rộng rãi, làm nền tảng cho các ứng dụng toàn diện trong lĩnh vực máy bay không người lái thương mại.

3. Tuy nhiên, pin lithium-ion cũng có những nhược điểm đáng kể:

Thời gian bay bị hạn chế bởi giới hạn trên hiện tại của mật độ năng lượng thực tế.

An toàn vẫn là mối quan tâm hàng đầu: Chất điện phân lỏng dễ cháy, gây nguy cơ thoát nhiệt và hỏng hóc nghiêm trọng, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt hoặc sau các tác động.

Tuổi thọ của pin tương quan trực tiếp với chu kỳ sạc-xả; hiệu suất suy giảm đáng kể vượt quá số lượng chu kỳ nhất định.

Pin lithium-ion rất nhạy cảm với nhiệt độ khắc nghiệt: nhiệt độ thấp làm giảm hiệu suất, trong khi nhiệt độ cao làm tăng nguy cơ cháy nổ.

4. Pin thể rắn: Bước nhảy vọt công nghệ tiếp theo?

Pin thể rắn (SSB) đạt được sự đổi mới về cấu trúc cơ bản bằng cách thay thế chất điện phân lỏng bằng chất điện phân ở trạng thái rắn (thường là ma trận gốm, thủy tinh hoặc polymer). Các báo cáo gần đây cho thấy pin thể rắn có thể đạt được mật độ năng lượng vượt quá 400 Wh/kg, một số nghiên cứu còn cho thấy tiềm năng còn lớn hơn. Về mặt lý thuyết, bước nhảy vọt này có nghĩa là máy bay không người lái có thể kéo dài thời gian bay hoặc mang theo nhiều thiết bị hơn với cùng trọng lượng pin. Những điểm chính này cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị khi đánh giá ưu điểm và nhược điểm của công nghệ pin lithium-ion so với pin thể rắn dành cho máy bay không người lái.

Những lợi thế cốt lõi được nêu bật trong các báo cáo và nghiên cứu của ngành bao gồm:

Mật độ năng lượng được tăng cường đáng kể: Pin thể rắn có thể mở rộng phạm vi bay của máy bay không người lái thương mại lên gấp hai đến ba lần, cho phép hoạt động kéo dài nhiều giờ vượt xa công nghệ lithium-ion hiện tại.

Tăng cường an toàn: Chất điện phân rắn không bắt lửa làm giảm đáng kể nguy cơ cháy nổ—rất quan trọng đối với hoạt động ở khu vực đông dân cư hoặc nhạy cảm.

Tuổi thọ kéo dài: Pin thể rắn chịu được hàng nghìn chu kỳ sạc-xả mà không bị suy giảm, hứa hẹn giảm tổng chi phí sở hữu cho các nhà khai thác đội tàu thương mại và quân sự.

Hiệu suất vượt trội ở nhiệt độ khắc nghiệt: Chất điện phân rắn duy trì sự ổn định trong môi trường vùng cực hoặc sa mạc, mở rộng phạm vi triển khai cho các nhiệm vụ quan trọng của máy bay không người lái.

Trong lĩnh vực nông nghiệp, máy bay không người lái được trang bị các loại pin này có thể hoạt động liên tục trên các khu vực rộng lớn mà không cần sạc lại giữa chuyến bay, thực hiện các nhiệm vụ như giám sát cây trồng, phun thuốc trừ sâu và phân tích đất. Thiết kế nhỏ gọn của chúng cho phép di chuyển nhanh nhẹn trong không gian hạn chế như vườn cây ăn quả.

Các đội cứu hộ cũng sử dụng những loại pin này để ứng phó khẩn cấp. Máy bay không người lái có thể nhanh chóng tiếp cận các khu vực thảm họa để cung cấp viện trợ, vận chuyển thuốc men, tìm kiếm những người sống sót và khảo sát thiệt hại ở những khu vực mà con người không thể tiếp cận. Những loại pin này hoạt động cực kỳ tốt trong môi trường khắc nghiệt, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong những thời điểm quan trọng nhất.

5. Mở ra kỷ nguyên mới cho máy bay không người lái

Pin thể rắnhứa hẹn sẽ thay đổi căn bản ngành công nghiệp máy bay không người lái, nâng cao đáng kể khả năng chịu đựng và sứ mệnh của các nền tảng thương mại và sử dụng kép. Trong khi pin lithium-ion truyền thống sẽ vẫn chiếm ưu thế trong tương lai gần do lợi thế về chi phí và nguồn cung, thì sự ra đời của pin thể rắn đánh dấu sự khởi đầu một chương mới trong lĩnh vực di chuyển trên không—khi máy bay không người lái thoát khỏi những hạn chế về thời lượng pin, khả năng của chúng sẽ được xác định lại.