แบตเตอรี่โซลิดสเตตในโดรน: ชัยชนะ อุปสรรค และอะไรต่อไปสำหรับผู้ปฏิบัติงาน

ผลลัพธ์? การบินต่อเนื่อง 48 นาที 10 วินาที ซึ่งเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงเกี่ยวกับลิเธียมไอออนเมื่อไม่กี่ปีก่อน สำหรับใครก็ตามที่อยู่ในอวกาศ นั่นไม่ใช่แค่ตัวเลข มันเป็นข้อพิสูจน์ว่าสถานะของแข็งสามารถแก้ไขปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของผู้ควบคุมโดรนได้ 2 ราย ได้แก่ เวลาบินสั้น และความกังวลด้านความปลอดภัย การบินทดสอบดังกล่าวไม่เพียงแต่ทำลายสถิติ แต่ยังแสดงให้เห็นว่า eVTOL (และโดรนโดยทั่วไป) จะสามารถรับมือกับภารกิจที่ยาวนานและเชื่อถือได้มากขึ้นในไม่ช้า โดยไม่ต้องตัดทอนความปลอดภัย

พานาโซนิคก็โดดเข้ามาด้วยด้วยแบตเตอรี่โซลิดสเตตสร้างขึ้นโดยเฉพาะสำหรับโดรนขนาดเล็ก และสเป็คของพวกมันก็โดนใจผู้ใช้งานที่มีงานยุ่ง ลองนึกภาพการชาร์จแบตเตอรี่โดรนจาก 10% เป็น 80% ใน 3 นาที สำหรับทีมจัดส่งที่ให้บริการมากกว่า 20 เที่ยวบินต่อวัน ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานจาก 30 นาที (ที่มีลิเธียมไอออน) เหลือน้อยมาก ดีกว่าไหม? ใช้งานได้ 10,000 ถึง 100,000 รอบการชาร์จที่อุณหภูมิห้อง บริษัทก่อสร้างที่เราทำงานด้วยบอกเราว่าพวกเขาเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทุกๆ 6 เดือน ตัวเลือกของ Panasonic นี้มีอายุการใช้งานมากกว่า 5 ปี ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนได้มหาศาล แต่ยังหมายถึงแบตเตอรี่ที่ต้องไปฝังกลบน้อยลงด้วย ซึ่งเป็นสิ่งที่ลูกค้าถามกันมากขึ้นเมื่อพวกเขาพึ่งพาความยั่งยืน

แต่นี่คือสิ่งที่เราไม่เคลือบทับลูกค้า: โซลิดสเตตยังคงมีห่วงให้กระโดดข้ามก่อนที่มันจะเข้าไปในโดรนทุกตัว เราได้พูดคุยกับผู้ควบคุมโดรนขนาดเล็กถึงขนาดกลางหลายสิบรายในช่วง 6 เดือนที่ผ่านมา และข้อกังวลของพวกเขากลับไปสู่ความท้าทายเดียวกัน—ความท้าทายที่นอกเหนือไปจาก “ข้อมูลจำเพาะที่ดีบนกระดาษ”

เอาต้นทุนไปก่อน. วัสดุเพียงอย่างเดียวมีราคาแพงกว่า: อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งในแบตเตอรี่เหล่านี้มีราคาสูงกว่าอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวในลิเธียมไอออน และเครื่องที่จำเป็นในการสร้างมันขึ้นมา พวกเขาไม่ได้วางจำหน่ายทั่วไป ผู้ผลิตโดรนสตาร์ทอัพในเท็กซัสบอกเราว่าพวกเขาต้องการเปลี่ยนไปใช้โซลิดสเตต แต่ค่าใช้จ่ายล่วงหน้าในการปรับแต่งการตั้งค่าแบตเตอรี่จะทำให้งบประมาณรายปีหมดไป สำหรับผู้เล่นรายใหญ่อย่าง EHang หรือ Panasonic นั้นสามารถจัดการได้ แต่สำหรับผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่ มันเป็นอุปสรรคในขณะนี้

จากนั้นก็มีปัญหา “ความเสถียรของอินเทอร์เฟซ” ซึ่งเป็นคำศัพท์เฉพาะสำหรับปัญหาง่ายๆ: อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่จำเป็นต้องอยู่ในการสัมผัสที่แน่นและสม่ำเสมอเพื่อให้ทำงานได้ดี แต่ทุกครั้งที่ชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ อิเล็กโทรดจะหดตัวและขยายตัวเล็กน้อย เมื่อเวลาผ่านไป จะทำให้เกิดช่องว่างเล็กๆ และแบตเตอรี่จะสูญเสียพลังงานเร็วขึ้น เราเห็นสิ่งนี้โดยตรงด้วยการทดสอบโดรนในฟาร์มเมื่อฤดูใบไม้ผลิที่แล้ว: หลังจากผ่านไป 50 รอบ ระยะเวลาการบินของแบตเตอรี่โซลิดสเตตลดลง 12% ไม่ใช่ตัวแจกแจง แต่พอเกษตรกรถามว่า "สิ่งนี้จะแย่ลงหรือไม่" ในตอนนี้ คำตอบคือ "อาจจะ" จนกว่าผู้ผลิตจะค้นพบวัสดุอิเล็กโทรดที่มีความทนทานมากขึ้น

ความเปราะบางเป็นอีกเรื่องที่น่าปวดหัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโดรนที่บินในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย อิเล็กโทรไลต์แข็งที่ทำจากเซรามิกส่วนใหญ่จะมีความเหนียวแต่ไม่ยืดหยุ่น ทีมค้นหาและกู้ภัยในโคโลราโดทดสอบแบตเตอรี่เซรามิกอิเล็กโทรไลต์เมื่อฤดูหนาวที่แล้ว ในระหว่างการลงจอดบนพื้นที่ที่เป็นหิน กล่องแบตเตอรี่แตก (โชคดีที่ไม่มีไฟ) และโดรนก็สูญเสียพลังงาน ลิเธียมไอออนอาจรั่วไหลในสถานการณ์ดังกล่าว แต่โดยปกติแล้วจะใช้งานได้นานพอที่จะลงจอดได้อย่างปลอดภัย สำหรับโดรนที่จัดการกับแรงสั่นสะเทือน (เช่น เครื่องสแกนไซต์ก่อสร้าง) หรือการลงจอดอย่างหนัก (เช่น โดรนติดตามสัตว์ป่า) นี่ถือเป็นข้อกังวลใหญ่

แม้แต่ลิเธียมเดนไดรต์ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายเข็มเล็กๆ ที่ทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหมดก็ยังไม่หมดสิ้นไป พวกมันจะหายากกว่าในโซลิดสเตต แต่เราได้ยินจากวิศวกรแบตเตอรี่ว่าที่ความเร็วในการชาร์จสูง (เช่นการชาร์จ 3 นาทีของ Panasonic) เดนไดรต์ยังคงก่อตัวได้ ความเสี่ยงนั้นน้อยกว่า แต่สำหรับผู้ดำเนินการที่บินผ่านพื้นที่ที่มีผู้คนหนาแน่น ความ "เล็กกว่า" ไม่ใช่ "ดีเพียงพอ" เสมอไป

ความร้อนเป็นอีกหนึ่งความประหลาดใจ โซลิดสเตตจะปลอดภัยกว่าที่อุณหภูมิสูงกว่าลิเธียมไอออน แต่ก็ไม่กระจายความร้อนเช่นกัน โดรนที่ใช้สำหรับงานที่มีกำลังสูง เช่น การยกของหนักหรือการบินด้วยความเร็วสูงสุดเป็นเวลานาน สามารถสร้างความร้อนได้อย่างรวดเร็ว เราทำงานร่วมกับลูกค้าด้านโลจิสติกส์ในการทดสอบโดรนโซลิดสเตตสำหรับการจัดส่งพัสดุที่มีน้ำหนัก 50 ปอนด์ หลังจากบินได้ 25 นาที แบตเตอรี่ก็ร้อนมากพอที่ซอฟต์แวร์ของโดรนจะบังคับให้ลงจอดก่อนเวลา พวกเขาต้องเพิ่มแผงระบายความร้อนน้ำหนักเบา ซึ่งลดความสามารถในการบรรทุก ซึ่งทำให้จุดประสงค์ในการเปลี่ยนไปใช้โซลิดสเตตส่วนหนึ่งลดลง

และอย่าลืมขนาดการผลิตด้วย ปัจจุบันแบตเตอรี่โซลิดสเตตส่วนใหญ่ผลิตขึ้นเป็นชุดเล็กๆ เจ้าหน้าที่ควบคุมโดรนที่ต้องการแบตเตอรี่ 100 ก้อนต่อเดือนอาจรอการจัดส่งประมาณ 6-8 สัปดาห์ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมีอยู่ในสต็อกในวันเดียวกัน จนกว่าโรงงานจะสามารถผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตได้อย่างรวดเร็ว (และราคาถูก) เช่นเดียวกับลิเธียมไอออน การนำไปใช้จะยังคงช้าสำหรับทุกคน ยกเว้นทีมที่ใหญ่ที่สุด

เมื่อพูดถึงอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งแล้ว ก็ไม่มี "ขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคน" เช่นกัน เซรามิกเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม โดยปล่อยให้ไอออนเคลื่อนที่เร็วซึ่งหมายถึงมีพลังงานมากขึ้น แต่จะเปราะอย่างที่เราเห็น โพลีเมอร์มีความยืดหยุ่น ดังนั้นจึงรับมือกับแรงสั่นสะเทือนได้ดีกว่า แต่จะช้ากว่าที่อุณหภูมิห้อง ดีสำหรับโดรนเกษตรที่เคลื่อนที่ช้า แต่แย่สำหรับโดรนจัดส่งที่รวดเร็ว ซัลไฟด์เป็นพื้นกลาง: การนำไฟฟ้าและความยืดหยุ่นได้ดี แต่ทำปฏิกิริยากับความชื้น เจ้าหน้าที่ควบคุมโดรนชายฝั่งในฟลอริดาบอกเราว่าต้องเพิ่มกล่องกันน้ำให้กับแบตเตอรี่ที่มีส่วนประกอบของซัลไฟด์ ซึ่งเพิ่มน้ำหนัก การเลือกอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับว่าโดรนทำอะไรและบินไปที่ไหน

แต่นี่เป็นข่าวดี: ทุกความท้าทายที่เรากล่าวถึงได้รับการแก้ไขแล้ว ทีละการทดสอบ เที่ยวบินของ EHang ไม่ใช่ความบังเอิญ เป็นสัญญาณว่าผู้ผลิตกำลังหาวิธีปรับแต่งโซลิดสเตตให้เหมาะกับโดรน แบตเตอรี่ชาร์จเร็วของ Panasonic ไม่ใช่แค่ต้นแบบเท่านั้น แต่ยังเริ่มจัดส่งให้กับลูกค้าที่ได้รับเลือกแล้ว และเนื่องจากผู้ประกอบการต้องการโซลิดสเตตมากขึ้น ต้นทุนก็จะลดลง

สำหรับใครก็ตามที่ดำเนินธุรกิจโดรนอยู่ในขณะนี้ คำถามไม่ได้อยู่ที่ “ถ้า” โซลิดสเตตจะเข้ามาแทนที่ แต่เป็น “เมื่อใดและจะต้องเตรียมตัวอย่างไร” เริ่มต้นจากเล็กๆ: ทดสอบแบตเตอรี่โซลิดสเตตสองสามก้อนกับโดรนที่มีความต้องการสูงที่สุดของคุณ (เช่น การส่งของหรือการค้นหาและกู้ภัย) และติดตามการประหยัดเวลาและการเปลี่ยนทดแทน พูดคุยกับผู้จำหน่ายแบตเตอรี่ของคุณเกี่ยวกับโซลูชันแบบกำหนดเอง หลายๆ รายยินดีปรับแต่งอิเล็กโทรไลต์ให้เหมาะกับกรณีการใช้งานเฉพาะของคุณ

โซลิดสเตตยังไม่สมบูรณ์แบบ แต่ก็ดีกว่าลิเธียมไอออนในรูปแบบที่สำคัญที่สุดอยู่แล้ว: เที่ยวบินที่ยาวนานขึ้น การทำงานที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น และการหยุดทำงานน้อยลง และในขณะที่ข้อบกพร่องได้รับการแก้ไข? เรากำลังมองอนาคตที่โดรนไม่เพียงแค่ "ทำงานให้สำเร็จ" เท่านั้น แต่ยังทำงานได้เร็วขึ้น ถูกลง และในสถานที่ต่างๆ มากขึ้นกว่าที่เคย

หากคุณสงสัยว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตชนิดใดที่เหมาะกับโดรนของคุณ หรือต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดสอบที่เราดำเนินการกับลูกค้า โปรดโทรหาเรา นี่ไม่ใช่แค่การพูดคุยเรื่องเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับการทำให้การทำงานของโดรนทำงานหนักขึ้นสำหรับคุณอีกด้วย