Solid-State-batterier i drönare: vinster, hinder och vad som händer härnäst för operatörer

Resultatet? En 48-minuters, 10-sekunders kontinuerlig flygning - något som skulle ha varit otänkbart med litiumjon för bara några år sedan. För alla i utrymmet är det inte bara en siffra; det är ett bevis på detfast tillståndkan fixa två av drönaroperatörernas största problem: korta flygtider och säkerhetsproblem. Den testflygningen slog inte bara rekord – den visade att eVTOL (och drönare i allmänhet) snart kunde hantera längre, mer tillförlitliga uppdrag utan att skära ner på säkerheten.

Panasonic hoppade in också, med ensolid state-batteribyggd speciellt för mindre drönare – och deras specifikationer är ett favoritställe för upptagna operatörer. Föreställ dig att ladda ett drönarbatteri från 10 % till 80 % på 3 minuter. För ett leveransteam som kör 20+ flyg per dag, minskar det stilleståndstiden från 30 minuter (med litiumjon) till nästan ingenting. Ännu bättre? Den varar 10 000 till 100 000 laddningscykler vid rumstemperatur. Ett byggföretag som vi arbetar med berättade för oss att de byter ut litiumjonbatterier var sjätte månad – det här Panasonic-alternativet kan hålla i 5+ år. Det är en enorm kostnadsbesparing, men det betyder också att färre batterier hamnar på soptippar – något som kunder allt oftare frågar efter när de satsar på hållbarhet.

Men här är det vi inte sockrar för kunder: solid state har fortfarande ringar att hoppa igenom innan det är i varje drönare. Vi har pratat med dussintals små till medelstora drönaroperatörer under de senaste 6 månaderna, och deras bekymmer kretsar alla tillbaka till samma utmaningar – sådana som går utöver "bra specifikationer på papper."

Ta kostnaden först. Bara materialen är dyrare: de fasta elektrolyterna i dessa batterier kostar mer än de flytande i litiumjon, och maskinerna som behövs för att tillverka dem? De är inte från hyllan. En nystartad drönartillverkare i Texas berättade för oss att de ville byta till solid-state, men förskottskostnaden för att omarbeta deras batteriinstallation skulle ha ätit upp hela deras årliga budget. För stora spelare som EHang eller Panasonic är det hanterbart – men för majoriteten av operatörerna är det en barriär just nu.

Sedan finns det problemet med "gränssnittsstabilitet" - snygga termer för ett enkelt problem: den fasta elektrolyten och batteriets elektroder måste hållas i tät, konsekvent kontakt för att fungera bra. Men varje gång batteriet laddas och laddas ur krymper och expanderar elektroderna lite. Med tiden skapar det små luckor och batteriet tappar ström snabbare. Vi såg detta på egen hand med ett gårdsdrönaretest förra våren: efter 50 cykler sjönk halvledarbatteriets flygtid med 12 % – inte en dealbreaker, men tillräckligt för att bonden frågade: "Kommer det här att bli värre?" Just nu är svaret "kanske", tills tillverkarna kommer på mer hållbara elektrodmaterial.

Sprödhet är en annan huvudvärk, särskilt för drönare som flyger under tuffa förhållanden. De flesta keramikbaserade fasta elektrolyter är tuffa men inte flexibla. Ett sök- och räddningsteam i Colorado testade ett keramiskt elektrolytbatteri i vintras; under en landning i stenig terräng sprack batterihöljet (som tur är, ingen brand) och drönaren tappade ström. Litiumjon kan läcka i det scenariot, men det fortsätter vanligtvis att fungera tillräckligt länge för att landa säkert. För drönare som hanterar vibrationer (som byggarbetsplatsskannrar) eller hårda landningar (som djurövervakningsdrönare), är detta ett stort problem.

Till och med litiumdendriter - de där små, nålliknande strukturerna som kortsluter litiumjonbatterier - är inte helt borta. De är sällsynta i solid state, men vi har hört från batteriingenjörer att dendriter fortfarande kan bildas vid höga laddningshastigheter (som Panasonics 3-minutersladdning). Det är en mindre risk, men för operatörer som flyger över trånga områden är "mindre" inte alltid "tillräckligt bra".

Värme är en annan överraskning. Solid state är säkrare vid höga temperaturer än litiumjon, men det leder inte bort värme lika bra. En drönare som används för kraftfulla uppgifter – som att lyfta tunga laster eller flyga i toppfart länge – kan snabbt bygga upp värme. Vi arbetade med en logistikklient som testade en solid-state drönare för 50lb paketleveranser; efter 25 minuters flygning blev batteriet tillräckligt varmt för att drönarens programvara tvingade den att landa tidigt. De var tvungna att lägga till en lätt kylfläns, som skar ner på nyttolastkapaciteten - vilket besegrade en del av syftet med att byta till solid state.

Och låt oss inte glömma tillverkningsvågen. Just nu tillverkas de flesta solid-state-batterier i små partier. En drönaroperatör som behöver 100 batterier i månaden kan vänta 6-8 veckor på leverans, medan litiumjonbatterier finns i lager samma dag. Tills fabrikerna kan dra ut solid-state-batterier lika snabbt (och billigt) som litiumjon, kommer användningen att förbli långsam för alla utom de största teamen.

När det kommer till de fasta elektrolyterna i sig finns det ingen "en storlek som passar alla" heller. Keramik är bra för konduktivitet - de låter joner röra sig snabbt, vilket betyder mer kraft - men de är sköra, som vi såg. Polymerer är flexibla, så de hanterar vibrationer bättre, men de är långsammare vid rumstemperatur - bra för en långsamtgående jordbruksdrönare, men dålig för en drönare för snabb leverans. Sulfider är medelvägen: bra ledningsförmåga och flexibilitet, men de reagerar på fukt. En drönaroperatör vid kusten i Florida berättade för oss att de var tvungna att lägga till ett vattentätt hölje till sulfidbaserade batterier, vilket ökade vikten. Att välja rätt elektrolyt beror helt på vad drönaren gör – och vart den flyger.

Men här är de goda nyheterna: varje utmaning vi har nämnt löses, ett test i taget. EHangs flygning var inte en lyckträff; det är ett tecken på att tillverkare funderar på hur man skräddarsyr solid state till drönare. Panasonics snabbladdningsbatteri är inte bara en prototyp – det börjar skickas till utvalda kunder. Och i takt med att fler operatörer efterfrågar solid state kommer kostnaderna att sjunka.

För alla som driver ett drönarföretag just nu är frågan inte "om" solid state kommer att ta över - det är "när och hur man förbereder sig." Börja smått: testa några solid-state-batterier med dina mest efterfrågade drönare (som leverans eller sök-och-räddning) och spåra besparingar i tid och ersättningar. Prata med din batterileverantör om skräddarsydda lösningar – många är villiga att justera elektrolyter för ditt specifika användningsfall.

Solid-state är inte perfekt ännu, men det är redan bättre än litiumjon på de sätt som betyder mest: längre flygningar, säkrare operationer och mindre stillestånd. Och när knäcken löser sig? Vi ser på en framtid där drönare inte bara "får jobbet gjort" – de gör det snabbare, billigare och på fler platser än någonsin tidigare.

Om du är nyfiken på vilket solid-state-batteri som är vettigt för dina drönare, eller vill höra mer om testerna vi har kört med kunder, hör av dig till oss. Det här är inte bara teknikprat – det handlar om att få dina drönaroperationer att arbeta hårdare för dig.