بطاريات الحالة الصلبة: مغير قواعد اللعبة الذي يعمل على تشغيل طائرات بدون طيار من الجيل التالي

إذا قمت بزيارة الأراضي الزراعية في الغرب الأوسط، فمن المحتمل أنك شاهدت طائرات بدون طيار تحلق فوق حقول الذرة، وترش الأسمدة بدقة متناهية. هذه اللحظات ليست مجرد عروض توضيحية رائعة للتكنولوجيا؛ إنها علامات على كيف أصبحت الطائرات بدون طيار لا غنى عنها في مجالات التوصيل والزراعة والدفاع والعمل البيئي. ولكن إليكم المشكلة التي نسمعها عن عدم التوقف من عملائنا: البطاريات تعيقهم.

دعونا نقسمها. في الوقت الحالي، تعمل كل الطائرات بدون طيار التجارية تقريبًا على بطاريات الليثيوم أيون. من المؤكد أن هذه البطاريات تحسنت على مر السنين، فقد رأينا أوقات الطيران تتزايد من 20 دقيقة إلى 60 دقيقة لبعض الطرز، كما أدى الشحن الأسرع إلى تقليل وقت التوقف عن العمل. لكن تحدث إلى أي مشغل طائرة بدون طيار، وسوف يخبرك بنفس الإحباطات: قد تضطر طائرة التوصيل بدون طيار إلى العودة في منتصف الطريق لأن بطاريتها تستنزف بسرعة كبيرة. لا يستطيع أحد المزارعين في داكوتا الشمالية استخدام طائرته بدون طيار لمراقبة المحاصيل في يناير/كانون الثاني، لأن الطقس البارد يقتل شحنة أيون الليثيوم. فريق أمني ينشر طائرات بدون طيار بالقرب من محطة لتوليد الكهرباء، يشعر بالقلق من حرائق البطاريات - المنحل بالكهرباء السائل القابل للاشتعال في أيون الليثيوم يشكل خطرًا حقيقيًا في المناطق الحساسة. هذه ليست مشاكل صغيرة. إنها الحدود التي تمنع الطائرات بدون طيار من الوصول إلى إمكاناتها الكاملة.

هذا هو المكانبطاريات الحالة الصلبةتفضل، وبصراحة، فهي ليست مجرد ترقية. إنها إعادة تفكير كاملة في كيفية تشغيل الطائرات بدون طيار. الفرق بسيط ولكنه ضخم: فبدلاً من الإلكتروليت السائل في بطاريات الليثيوم أيون، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة مادة صلبة (مثل السيراميك أو مركبات البوليمر). ومن خلال ما رأيناه في الاختبارات التي أجريت مع الشركات المصنعة والعملاء، فإن هذا التحول الصغير يعمل على إصلاح كل نقطة ألم تنشأ عن الليثيوم أيون تقريبًا.

لنبدأ بالأمر الأكبر: زمن الرحلة ومداها. في الربع الأخير، عملنا مع شركة توصيل بطائرات بدون طيار في كاليفورنيا لاختبار بطاريات الحالة الصلبة. يسمح إعداد الليثيوم أيون القديم لطائراتهم بدون طيار بالتحليق لمسافة 15 ميلًا ذهابًا وإيابًا، وتحمل طردًا يبلغ وزنه 3 أرطال. مع الجديدبطاريات الحالة الصلبة؟ لقد وصلوا إلى مسافة 28 ميلًا ذهابًا وإيابًا، ويمكنهم حمل 1.5 رطل إضافي. بالنسبة لعملياتهم، كان ذلك يعني تغطية حيين آخرين بطائرة بدون طيار يوميًا، دون الحاجة إلى رحلات جوية إضافية. بالنسبة لعميل المراقبة الذي يعمل في دورية الحدود، فإن هذا يعني بقاء الطائرات بدون طيار في الجو لمدة 2.5 ساعة بدلاً من ساعة واحدة، وهو ما يكفي لمراقبة مسافة 40 ميلاً دون العودة إلى القاعدة. هذا ليس تحسنا تدريجيا. وهذا تحول كامل في ما يمكن أن تحققه فرقهم.

السلامة هي أمر آخر غير قابل للتفاوض، خاصة بالنسبة للطائرات بدون طيار التي تحلق فوق المدن أو بالقرب من البنية التحتية الحيوية. لقد أجرينا اختبارًا داخليًا صغيرًا في وقت سابق من هذا العام لإثبات هذه النقطة: قمنا بتعريض بطارية ليثيوم أيون وبطارية الحالة الصلبة لنفس الظروف - حرارة 60 درجة مئوية، وتأثير بسيط (محاكاة اصطدام بسيط). تضخمت بطارية الليثيوم أيون وتسرب السائل خلال 30 دقيقة. الحالة الصلبة؟ لم يكن حتى دافئا. أخبرنا أحد العملاء الذين يديرون أمن الطائرات بدون طيار في المطارات أن هذا يغير قواعد اللعبة - فقد اضطروا إلى إيقاف تشغيل الطائرات بدون طيار من قبل بسبب المخاوف من ارتفاع درجة حرارة الليثيوم أيون، لكن الحالة الصلبة تزيل هذا الخطر تمامًا.

ثم هناك عامل التكلفة، وهو أمر تهتم به كل شركة. حسب أحد عملاء المزرعة في ولاية أيوا أنهم كانوا يستبدلون بطاريات الليثيوم أيون بدون طيار كل 8 أشهر، مما يكلفهم حوالي \(1800 سنويًا لكل طائرة بدون طيار. بطاريات الحالة الصلبة؟ تقدر الشركة المصنعة أنها ستستمر لمدة 3 سنوات. قم بإجراء الحسابات: يؤدي ذلك إلى خفض تكلفة البطارية السنوية إلى \)600. ووقت الشحن؟ استغرقت بطاريات الليثيوم أيون القديمة الخاصة بهم 1.5 ساعة لشحنها بالكامل؛ وصلت الحالة الصلبة إلى 80٪ في 40 دقيقة. خلال موسم الزراعة، عندما يقومون بتشغيل طائرات بدون طيار من الفجر حتى الغسق، يضيف هذا الوقت الإضافي ما يصل إلى دورتين طيران إضافيتين يوميًا - مما يغطي 50 فدانًا إضافيًا من الذرة.

ولا يمكننا أيضًا أن نتجاهل الظروف القاسية، وهو أمر يطرحه عملاؤنا في مجال البيئة طوال الوقت. في الشهر الماضي، ساعدنا فريقًا بحثيًا في نشر طائرات بدون طيار في ألاسكا لتتبع مجموعات الثعالب القطبية الشمالية. تنخفض درجات الحرارة هناك إلى -30 درجة مئوية، وقد تموت بطاريات الليثيوم أيون في غضون 45 دقيقة. مع بطاريات الحالة الصلبة؟ حلقت الطائرات بدون طيار لمدة ساعتين متواصلتين، وأرسلت لقطات واضحة لأوكار الثعالب. وينطبق الشيء نفسه على العمل في الصحراء: يستخدم عميل في أريزونا طائرات بدون طيار لمراقبة حرائق الغابات، وفي حرارة تصل إلى 100 درجة فهرنهايت، ستفقد بطاريات الليثيوم أيون 30% من شحنها خلال 10 دقائق. الحالة الصلبة؟ إنهم يظلون ثابتين - حتى بعد ساعات من التعرض لأشعة الشمس.

الاستدامة هي فوز آخر لا نأخذه على محمل الجد. يتساءل المزيد والمزيد من عملائنا عن الأهداف البيئية والاجتماعية والحوكمة (ESG)، وبطاريات الحالة الصلبة تضع علامة في المربع الكبير هنا. فهي تستخدم كمية أقل من الكوبالت بنسبة 70% مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون، ويعتبر تعدين الكوبالت ضارًا بالبيئة والمجتمعات المحلية. بالإضافة إلى ذلك، قام فريق الاستدامة لدينا بتحليل الأرقام: إجمالي البصمة الكربونية لبطارية الحالة الصلبة (من الإنتاج إلى التخلص منها) أقل بنسبة 45% من الليثيوم أيون. بالنسبة لشركة توصيل تهدف إلى أن تكون محايدة للكربون بحلول عام 2030، فهذه خطوة هائلة إلى الأمام.