ما هي التحديات والقيود المتمثلة في استخدام بطاريات الحالة الصلبة في الطائرات بدون طيار؟

تحديات وقيود بطاريات الحالة الصلبة في الطائرات بدون طيار: التنقل في حواجز الطرق إلى التبني

القمامة الصلبة برزت كبديل واعد لبطاريات الليثيوم أيون (LI-ION) للطائرات بدون طيار ، مما يوفر مزايا مثل كثافة الطاقة العالية ، وتحسين السلامة ، وتحمل درجة الحرارة بشكل أفضل. ومع ذلك ، فإن طريقهم إلى التبني على نطاق واسع في صناعة الطائرات بدون طيار يعوقه مجموعة من التحديات التقنية والاقتصادية والعملية. دعنا نقوم بتفكيك هذه القيود ولماذا يهم مشغلو الطائرات بدون طيار والمصنعين والصناعات التي تعتمد على المركبات الجوية غير المأهولة (الطائرات بدون طيار).

1.

واحدة من أهم الحواجز التي تحول دون اعتماد بطارية الحالة الصلبة في الطائرات بدون طيار هي التكلفة. لا تزال تقنية الحالة الصلبة مكلفة لإنتاجها على نطاق واسع ، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى:

المواد المتخصصة: تستخدم العديد من بطاريات الحالة الصلبة مكونات عالية التكلفة ، مثل أنودات المعادن الليثيوم ، أو الشوارد الخزفية (مثل العقيق أو القائمة على الكبريتيد) أو المواد الخام فائقة النقل. هذه المواد أكثر ثباتًا من أنودات الجرافيت والكهارل السائلة في بطاريات Li-ion.

التصنيع المعقد: يتطلب إنتاج بطاريات الحالة الصلبة عمليات تصنيع دقيقة ، مثل ترسب الأغشية الرقيقة للكهارل أو البيئات التي يتم التحكم فيها لمنع التلوث. هذه الخطوات أكثر كثافة في العمالة وتتطلب معدات متخصصة ، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الإنتاج.

2. مخاوف الحياة والتدهور

الطائرات بدون طيار هي عمل - تعمل العديد من دورات الشحن والتفريغ بشكل متكرر. بالنسبة لبطاريات الحالة الصلبة ، فإن عمر الدورة (عدد دورات تفريغ الشحن قبل انخفاض السعة أقل من 80 ٪) هو قيود حاسمة.

ينبع هذا التحلل من عدم الاستقرار بين المنحل بالكهرباء الصلبة والأقطاب الكهربائية. بمرور الوقت ، تشكل التفاعلات الكيميائية في هذه الواجهات طبقات مقاومة ، مما يقلل من الموصلية والقدرة. على سبيل المثال ، يمكن أن تشكل أنودات المعادن الليثيوم (شائعة في بطاريات الحالة الصلبة) التشعبات-السمينة ، والهياكل الشبيهة بالإبرة-التي تخترق المنحل بالكهرباء الصلبة ، مما يسبب دوائر قصيرة أو فقدان السعة. في حين أن الشوارد الخزفية أكثر مقاومة للتغصنات من السائل ، إلا أنها ليست غير محصنة ، خاصة في ظل معدلات التفريغ المرتفعة.

3. هشاشة الميكانيكية وحساسية الاهتزاز

تعمل الطائرات بدون طيار في بيئات ديناميكية غالبًا ما تكون قاسية - فهي تهتز أثناء الرحلة ، أو تحمل التأثيرات من عواصف الرياح ، أو حتى الانهيار.الحالات الصلبة، لا سيما أولئك الذين يستخدمون الشوارد السيراميكية ، هشين من الناحية الميكانيكية مقارنةً ببطاريات Li-Ion المرنة التي تعمل بالقلاع الشائعة في الطائرات بدون طيار.

4.

في حين أن بطاريات الحالة الصلبة تعمل أفضل من بطاريات Li-ion في درجات حرارة شديدة ، إلا أنها ليست قوية عالميًا. العديد من الشوارد الصلبة لها نطاقات درجات الحرارة المثلى الضيقة للتوصيل.

5. شكل عامل التحديات والتكامل

تأتي الطائرات بدون طيار بأشكال وأحجام متنوعة ، من الكوادكات المدمجة إلى الطائرات بدون طيار الثابتة مع جسم الطائرة النحيف. يتطلب هذا التنوع البطاريات ذات العوامل المرنة - الباثرات أو الأسطوانات أو الأشكال المخصصة. غالبًا ما تكون بطاريات الحالة الصلبة ، وخاصة تلك التي لديها شوارد من السيراميك ، صلبة ويصعب تصويرها في أحجام غير قياسية. توفر الشوارد البوليمر مزيدًا من المرونة ولكن التضحية بالتوصيل ، مما يجعلها غير مناسبة للطائرات بدون طيار عالية الطاقة.

6. الموثوقية هي المهمة الناقدة

قد تحقق بطاريات الحالة الصلبة التي تم اختبارها في المختبر 90 دقيقة من وقت الرحلة في الظروف الخاضعة للرقابة ، ولكن في الاستخدام الحقيقي-مع مقاومة الرياح أو نوبات الحمولة النافعة أو تقلبات درجة الحرارة-قد ينخفض ​​وقت الرحلة الفعلي بنسبة 20-30 ٪. هذا عدم القدرة على التنبؤ يجعل الصناعات مثل الخدمات اللوجستية أو خدمات الطوارئ مترددة في تبني SSBs.

الخلاصة: التقدم ، ولكن ليس الكمال

تحمل بطاريات الحالة الصلبة وعدًا هائلاً للطائرات بدون طيار ، ولكن قيودها الحالية-التكلفة ، وحياة الدورة ، والتحديات الهشاشة ، والتكامل-تمنعها من إزاحة بطاريات Li-ion بين عشية وضحاها. هذه العقبات يمكن التغلب عليها: التقدم في كيمياء الإلكتروليت (على سبيل المثال ، الشوارد الهجينة السيراميك بوليمر) ، والتصميمات القابلة للتطوير ، والتصميمات المقاومة للتشجيع تعالج بالفعل المشكلات الرئيسية.

في الوقت الراهن، الحالات الصلبةهي الأنسب لتطبيقات الطائرات بدون طيار المتخصصة حيث تفوق نقاط قوتها (السلامة ، وكثافة الطاقة العالية) تكاليفها-مثل الطائرات بدون طيار العسكرية أو عمليات التفتيش الصناعية الراقية. مع نضوج التكنولوجيا ، يمكننا أن نتوقع أن تقوم بطاريات الحالة الصلبة بالتدريج (اختراق) سوق الطائرات بدون طيار ، وإلغاء إمكانيات جديدة لوقت الرحلة والتنوع. حتى ذلك الحين ، يظل Li-ion هو الخيار العملي لمعظم مشغلي الطائرات بدون طيار.

لمزيد من المعلومات حولبطارية الحالة الصلبة عالية كثافة الطاقةومجموعة من حلول تخزين الطاقة عالية الأداء ، من فضلك لا تتردد في الاتصال بنا علىcoco@zyepower.com. فريق الخبراء لدينا مستعد لمساعدتك في العثور على حل البطارية المثالي لاحتياجاتك.