Những thách thức và hạn chế của việc sử dụng pin trạng thái rắn trong máy bay không người lái là gì?

Những thách thức và hạn chế của pin trạng thái rắn trong máy bay không người lái: Điều hướng các rào cản để nhận con nuôi

B-trạng thái rắn đã nổi lên như một sự thay thế đầy hứa hẹn cho pin lithium-ion (Li-ion) cho máy bay không người lái, cung cấp các lợi thế như mật độ năng lượng cao hơn, an toàn được cải thiện và khả năng chịu nhiệt độ tốt hơn. Tuy nhiên, con đường của họ để áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp máy bay không người lái bị cản trở bởi một loạt các thách thức kỹ thuật, kinh tế và thực tế. Hãy để phá vỡ những hạn chế này và lý do tại sao chúng quan trọng đối với các nhà khai thác, nhà sản xuất và các ngành công nghiệp dựa trên xe máy không người lái (UAV).

1. Chi phí sản xuất cao và khả năng mở rộng hạn chế

Một trong những rào cản quan trọng nhất đối với việc áp dụng pin trạng thái rắn trong máy bay không người lái là chi phí. Công nghệ trạng thái rắn vẫn tốn kém để sản xuất ở quy mô, chủ yếu là do:

Vật liệu chuyên dụng: Nhiều loại pin trạng thái rắn sử dụng các thành phần chi phí cao, như cực dương kim loại lithium, chất điện phân gốm (ví dụ, dựa trên garnet hoặc sunfua) hoặc nguyên liệu thô cực kỳ. Những vật liệu này đắt hơn các cực dương than chì và chất điện giải lỏng trong pin Li-ion.

Sản xuất phức tạp: Sản xuất pin trạng thái rắn đòi hỏi các quy trình sản xuất chính xác, chẳng hạn như lắng đọng màng mỏng cho chất điện giải hoặc môi trường được kiểm soát để ngăn ngừa ô nhiễm. Các bước này là tốn nhiều công sức hơn và yêu cầu thiết bị chuyên dụng, thúc đẩy chi phí sản xuất lên.

2. Mối quan tâm về cuộc sống và suy thoái vòng đời

Máy bay không người lái là những con ngựa làm việc, nhiều người hoạt động hàng ngày, đòi hỏi các chu kỳ sạc và xả thường xuyên. Đối với pin trạng thái rắn, tuổi thọ chu kỳ (số lượng chu kỳ xả điện trước khi công suất giảm xuống dưới 80%) là một hạn chế quan trọng.

Sự xuống cấp này bắt nguồn từ sự mất ổn định giữa các chất điện phân rắn và các điện cực. Theo thời gian, các phản ứng hóa học tại các giao diện này tạo thành các lớp điện trở, giảm độ dẫn và công suất. Ví dụ, các cực dương kim loại lithium (phổ biến trong pin trạng thái rắn) có thể hình thành các sợi nhánh, các cấu trúc giống như kim, có thể xuyên qua chất điện phân rắn, gây ra các mạch ngắn hoặc mất công suất. Trong khi các chất điện giải gốm có khả năng chống lại các sợi nhánh hơn chất lỏng, nhưng chúng không thấm nước, đặc biệt là dưới tốc độ xả cao.

3. Độ nhạy cơ học và độ rung động

Máy bay không người lái hoạt động trong môi trường năng động, thường khắc nghiệt, họ rung động trong suốt chuyến bay, chịu được các tác động từ những cơn gió mạnh, hoặc thậm chí gặp sự cố.Các tế bào nước rắn, đặc biệt là những người sử dụng chất điện phân gốm, giòn về mặt cơ học so với pin Li-ion kiểu túi linh hoạt, phổ biến trong máy bay không người lái.

4. Hạn chế về nhiệt độ và tốc độ xả

Trong khi pin trạng thái rắn hoạt động tốt hơn pin LI-ion ở nhiệt độ khắc nghiệt, nhưng chúng không mạnh mẽ. Nhiều chất điện giải rắn có phạm vi nhiệt độ tối ưu hẹp cho độ dẫn.

5. Các thách thức về yếu tố hình thức và tích hợp

Máy bay không người lái có hình dạng và kích cỡ đa dạng, từ các bộ tứ nhỏ gọn đến UAV cánh cố định với thân máy bay mỏng. Sự đa dạng này đòi hỏi pin với các yếu tố hình thức linh hoạt, các túi, xi lanh hoặc hình dạng tùy chỉnh. Pin trạng thái rắn, đặc biệt là những người có chất điện phân gốm, thường cứng nhắc và khó đúc thành các kích thước không chuẩn. Các chất điện phân polymer cung cấp sự linh hoạt hơn nhưng hy sinh độ dẫn điện, khiến chúng không phù hợp với máy bay không người lái năng lượng cao.

6. Độ tin cậy là nhiệm vụ quan trọng

Một pin trạng thái rắn được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể đạt được 90 phút thời gian bay trong các điều kiện được kiểm soát, nhưng trong thế giới thực sử dụng với khả năng chống gió, chuyển tải trọng hoặc thay đổi nhiệt độ Thời gian bay thực tế có thể giảm 20 %30%. Điều này không thể đoán trước làm cho các ngành công nghiệp như hậu cần hoặc dịch vụ khẩn cấp ngần ngại áp dụng SSB.

Kết luận: Tiến bộ, nhưng không hoàn hảo

Pin trạng thái rắn giữ lời hứa to lớn cho máy bay không người lái, nhưng những hạn chế hiện tại của họ, chi phí, tuổi thọ, sự mong manh và thách thức tích hợp của họ đã khiến họ phải di chuyển pin Li-ion qua đêm. Những rào cản này là có thể vượt qua: những tiến bộ trong hóa học điện giải (ví dụ: chất điện phân gốm-polymer lai), sản xuất có thể mở rộng và thiết kế chống dendrite đã giải quyết các vấn đề chính.

Bây giờ, Các tế bào nước rắnphù hợp nhất cho các ứng dụng máy bay không người lái thích hợp trong đó sức mạnh của chúng (an toàn, mật độ năng lượng cao) vượt xa chi phí của họ như các UAV quân sự hoặc kiểm tra công nghiệp cao cấp. Tuy nhiên, khi công nghệ trưởng thành, chúng ta có thể mong đợi pin trạng thái rắn sẽ dần dần (thâm nhập) thị trường máy bay không người lái, mở khóa các khả năng mới cho thời gian bay và tính linh hoạt. Cho đến lúc đó, Li-ion vẫn là sự lựa chọn thực dụng cho hầu hết các nhà khai thác máy bay không người lái.

Để biết thêm thông tin vềPin trạng thái rắn mật độ năng lượng caovà phạm vi giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu suất cao của chúng tôi, xin đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi tạiCoco@zyepower.com. Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi đã sẵn sàng giúp bạn tìm ra giải pháp pin hoàn hảo cho nhu cầu của bạn.