Pin thể rắn: Yếu tố thay đổi cuộc chơi cung cấp năng lượng cho máy bay không người lái thế hệ tiếp theo

Nếu bạn đã đến thăm vùng đất nông nghiệp ở Trung Tây, bạn có thể đã nhìn thấy máy bay không người lái lướt trên cánh đồng ngô, phun phân bón với độ chính xác cao. Những khoảnh khắc này không chỉ là những bản trình diễn công nghệ thú vị; chúng là dấu hiệu cho thấy máy bay không người lái đã trở nên không thể thiếu trong các công việc giao hàng, nông nghiệp, quốc phòng và môi trường. Nhưng đây là điều chúng tôi nghe được từ khách hàng của mình: pin đang cản trở họ.

Hãy chia nhỏ nó ra. Hiện tại, gần như mọi máy bay không người lái thương mại đều chạy bằng pin lithium-ion. Chắc chắn, những loại pin đó đã trở nên tốt hơn trong những năm qua — chúng tôi đã thấy thời gian bay tăng từ 20 phút lên 60 phút đối với một số kiểu máy và việc sạc nhanh hơn đã giảm thời gian ngừng hoạt động. Nhưng hãy nói chuyện với bất kỳ người điều khiển máy bay không người lái nào, họ sẽ nói với bạn những nỗi thất vọng tương tự: Máy bay không người lái giao hàng có thể phải quay lại giữa đường vì pin cạn kiệt quá nhanh. Một nông dân ở Bắc Dakota không thể sử dụng máy bay không người lái theo dõi mùa màng của họ vào tháng 1 vì thời tiết lạnh giá làm mất điện tích lithium-ion. Một đội an ninh triển khai máy bay không người lái gần một nhà máy điện lo lắng về vấn đề cháy pin – chất điện phân lỏng dễ cháy của li-ion là một nguy cơ thực sự ở những khu vực nhạy cảm. Đây không phải là những vấn đề nhỏ; chúng là những giới hạn ngăn cản máy bay không người lái phát huy hết tiềm năng của chúng.

Đó là nơipin thể rắnhãy tham gia—và thành thật mà nói, chúng không chỉ là một bản nâng cấp. Chúng là sự suy nghĩ lại hoàn toàn về cách chúng tôi cung cấp năng lượng cho máy bay không người lái. Sự khác biệt rất đơn giản nhưng rất lớn: thay vì chất điện phân lỏng trong pin lithium-ion, pin ở trạng thái rắn sử dụng vật liệu rắn (như gốm sứ hoặc vật liệu tổng hợp polymer). Từ những gì chúng tôi đã thấy trong các thử nghiệm với nhà sản xuất và khách hàng, sự thay đổi nhỏ này đã khắc phục được hầu hết mọi điểm yếu mà lithium-ion tạo ra.

Hãy bắt đầu với vấn đề lớn: thời gian và phạm vi bay. Quý trước, chúng tôi đã làm việc với một công ty giao hàng bằng máy bay không người lái ở California để thử nghiệm pin thể rắn. Thiết lập lithium-ion cũ của họ cho phép máy bay không người lái của họ bay được 15 dặm khứ hồi, mang theo một gói hàng nặng 3 pound. Với cái mớipin thể rắn? Họ đạt 28 dặm khứ hồi và có thể mang thêm 1,5 pound. Đối với hoạt động của họ, điều đó có nghĩa là họ phải bao phủ thêm hai khu vực lân cận trên mỗi máy bay không người lái mỗi ngày mà không cần thêm chuyến bay. Đối với khách hàng giám sát làm việc tuần tra biên giới, điều này có nghĩa là máy bay không người lái sẽ bay trên không trong 2,5 giờ thay vì 1 giờ—đủ để theo dõi đoạn đường dài 40 dặm mà không cần quay lại căn cứ. Đó không phải là cải tiến gia tăng; đó là sự thay đổi hoàn toàn về những gì nhóm của họ có thể đạt được.

An toàn là một điều không thể thương lượng khác, đặc biệt đối với máy bay không người lái bay qua các thành phố hoặc gần cơ sở hạ tầng quan trọng. Chúng tôi đã thực hiện một thử nghiệm nội bộ nhỏ vào đầu năm nay để chứng minh quan điểm: chúng tôi cho pin lithium-ion và pin thể rắn tiếp xúc với cùng điều kiện—nhiệt độ 60°C, một tác động nhỏ (bắt chước một vụ va chạm nhỏ). Pin lithium-ion phồng lên và rò rỉ chất lỏng trong vòng 30 phút. Trạng thái rắn? Nó thậm chí còn không ấm lên. Một khách hàng phụ trách an ninh máy bay không người lái cho các sân bay đã nói với chúng tôi rằng đây là nhân tố thay đổi cuộc chơi—trước đây họ đã phải cho ngừng hoạt động máy bay không người lái vì lo ngại li-ion quá nóng, nhưng trạng thái rắn sẽ loại bỏ hoàn toàn rủi ro đó.

Sau đó là yếu tố chi phí—điều mà mọi doanh nghiệp đều quan tâm. Một khách hàng nông trại ở Iowa tính toán rằng họ sẽ thay pin lithium-ion cho máy bay không người lái 8 tháng một lần, khiến họ tốn khoảng \(1.800 yên một năm cho mỗi chiếc máy bay không người lái. Pin thể rắn? Nhà sản xuất ước tính chúng sẽ có tuổi thọ 3 năm. Hãy tính toán: điều đó giúp giảm chi phí pin hàng năm của họ xuống còn \)600. Và thời gian sạc? Pin li-ion cũ của họ mất 1,5 giờ để sạc đầy; trạng thái rắn đạt 80% trong 40 phút. Trong mùa trồng trọt, khi họ chạy máy bay không người lái từ sáng đến tối, thời gian tăng thêm đó sẽ cộng thêm 2 chu kỳ bay mỗi ngày—bao phủ thêm 50 mẫu ngô.

Chúng tôi cũng không thể bỏ qua những điều kiện khắc nghiệt—điều mà các khách hàng môi trường của chúng tôi luôn đề cập đến. Tháng trước, chúng tôi đã giúp một nhóm nghiên cứu triển khai máy bay không người lái ở Alaska để theo dõi quần thể cáo Bắc Cực. Nhiệt độ ở đó giảm xuống -30°C và pin lithium-ion sẽ chết trong vòng 45 phút. Với pin thể rắn? Máy bay không người lái đã bay liên tục trong 2 giờ, gửi lại những thước phim rõ ràng về hang cáo. Điều tương tự cũng xảy ra với công việc trên sa mạc: một khách hàng ở Arizona sử dụng máy bay không người lái để theo dõi các vụ cháy rừng và ở nhiệt độ 100°F, pin li-ion của họ sẽ mất 30% điện tích trong 10 phút. Trạng thái rắn? Chúng giữ ổn định ngay cả sau nhiều giờ dưới ánh nắng mặt trời.

Tính bền vững là một chiến thắng khác mà chúng tôi không hề xem nhẹ. Ngày càng có nhiều khách hàng của chúng tôi hỏi về các mục tiêu ESG và pin thể rắn đánh dấu một ô lớn ở đây. Chúng sử dụng lượng coban ít hơn 70% so với pin lithium-ion. Việc khai thác coban nổi tiếng là có hại cho cả môi trường và cộng đồng địa phương. Ngoài ra, nhóm phát triển bền vững của chúng tôi đã phân tích các con số: tổng lượng khí thải carbon của pin thể rắn (từ quá trình sản xuất đến khi thải bỏ) thấp hơn 45% so với li-ion. Đối với một công ty giao hàng đặt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2030, đó là một bước tiến lớn.