Festkörperbatterien: Der Game-Changer für den Antrieb von Drohnen der nächsten Generation

Wenn Sie Ackerland im Mittleren Westen besucht haben, haben Sie wahrscheinlich Drohnen gesehen, die über Maisfelder gleiten und punktgenau Dünger versprühen. Diese Momente sind nicht nur coole Tech-Demos; Sie sind ein Zeichen dafür, dass Drohnen in den Bereichen Lieferung, Landwirtschaft, Verteidigung und Umwelt unverzichtbar geworden sind. Aber hier ist der Haken, von dem wir von unseren Kunden ununterbrochen hören: Batterien behindern sie.

Lassen Sie es uns aufschlüsseln. Derzeit wird fast jede kommerzielle Drohne mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben. Sicher, diese Akkus sind im Laufe der Jahre besser geworden – wir haben gesehen, dass die Flugzeiten bei einigen Modellen von 20 Minuten auf 60 Minuten angestiegen sind, und ein schnelleres Aufladen hat die Ausfallzeiten reduziert. Aber wenn Sie mit einem beliebigen Drohnenbetreiber sprechen, werden Sie von den gleichen Frustrationen erfahren: Eine Lieferdrohne muss möglicherweise auf halbem Weg umkehren, weil ihre Batterie zu schnell leer wird. Ein Landwirt in North Dakota kann seine Drohne zur Ernteüberwachung im Januar nicht nutzen, weil kaltes Wetter die Lithium-Ionen-Ladung zerstört. Ein Sicherheitsteam, das Drohnen in der Nähe eines Kraftwerks einsetzt, befürchtet Batteriebrände – der brennbare Flüssigelektrolyt von Li-Ionen stellt in sensiblen Bereichen eine echte Gefahr dar. Das sind keine kleinen Probleme; Es sind Grenzen, die Drohnen daran hindern, ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Das ist woFestkörperbatterienKommen Sie herein – und ehrlich gesagt sind sie nicht nur ein Upgrade. Sie bedeuten ein völliges Umdenken in der Art und Weise, wie wir Drohnen antreiben. Der Unterschied ist einfach, aber enorm: Anstelle des flüssigen Elektrolyten in Lithium-Ionen-Batterien verwenden Festkörperbatterien ein festes Material (denken Sie an Keramik oder Polymerverbundstoffe). Wie wir in Tests mit Herstellern und Kunden gesehen haben, behebt diese winzige Änderung fast alle Probleme, die Lithium-Ionen verursachen.

Beginnen wir mit dem Großen: Flugzeit und Reichweite. Im letzten Quartal haben wir mit einem Drohnenlieferunternehmen in Kalifornien zusammengearbeitet, um Festkörperbatterien zu testen. Mit ihrem alten Lithium-Ionen-Setup konnten ihre Drohnen 15 Meilen hin und zurück fliegen und dabei ein 3-Pfund-Paket tragen. Mit dem NeuenFestkörperbatterien? Sie legten hin und zurück 28 Meilen zurück – und konnten zusätzliche 1,5 Pfund transportieren. Für ihren Betrieb bedeutete das, zwei weitere Stadtteile pro Tag und ohne zusätzliche Flüge abzudecken. Für einen Überwachungskunden, der im Grenzschutz arbeitet, bedeutet dies, dass die Drohnen 2,5 Stunden statt einer Stunde in der Luft bleiben – genug, um eine 40-Meilen-Strecke zu überwachen, ohne zur Basis zurückkehren zu müssen. Das ist keine schrittweise Verbesserung; Das ist eine völlige Veränderung dessen, was ihre Teams erreichen können.

Auch die Sicherheit ist nicht verhandelbar, insbesondere bei Drohnen, die über Städten oder in der Nähe kritischer Infrastrukturen fliegen. Um dies zu beweisen, haben wir Anfang des Jahres einen kleinen internen Test durchgeführt: Wir haben eine Lithium-Ionen-Batterie und eine Festkörperbatterie den gleichen Bedingungen ausgesetzt – 60 °C Hitze, ein kleiner Aufprall (imitiert einen kleinen Unfall). Der Lithium-Ionen-Akku schwoll an und innerhalb von 30 Minuten trat Flüssigkeit aus. Der Festkörper? Es wurde nicht einmal warm. Ein Kunde, der die Drohnensicherheit für Flughäfen betreibt, sagte uns, dass dies ein Wendepunkt sei – er musste Drohnen früher wegen der Angst vor Lithium-Ionen-Überhitzung am Boden lassen, aber Solid-State beseitigt dieses Risiko vollständig.

Dann ist da noch der Kostenfaktor – etwas, das jedem Unternehmen am Herzen liegt. Ein landwirtschaftlicher Kunde in Iowa hat errechnet, dass er seine Lithium-Ionen-Drohnenbatterien alle 8 Monate austauschen musste, was ihn pro Drohne etwa 1.800 $ pro Jahr kostet. Festkörperbatterien? Der Hersteller schätzt, dass sie drei Jahre halten. Rechnen Sie mal nach: Dadurch sinken die jährlichen Batteriekosten auf 600 $. Und Ladezeit? Das vollständige Aufladen ihrer alten Lithium-Ionen-Akkus dauerte 1,5 Stunden; die Festkörpermodelle erreichen 80 % in 40 Minuten. Während der Pflanzsaison, wenn Drohnen von morgens bis abends eingesetzt werden, summiert sich diese zusätzliche Zeit auf zwei weitere Flugzyklen pro Tag – und deckt damit 50 Hektar Mais mehr ab.

Wir können auch extreme Bedingungen nicht ignorieren – etwas, das unsere Umweltkunden ständig ansprechen. Letzten Monat haben wir einem Forschungsteam beim Einsatz von Drohnen in Alaska geholfen, um die Polarfuchspopulationen zu verfolgen. Dort sinken die Temperaturen auf -30 °C und Lithium-Ionen-Batterien würden innerhalb von 45 Minuten den Geist aufgeben. Mit Festkörperbatterien? Die Drohnen flogen zwei Stunden lang am Stück und sendeten klare Aufnahmen der Fuchshöhlen zurück. Dasselbe gilt für Einsätze in der Wüste: Ein Kunde in Arizona setzt Drohnen ein, um Waldbrände zu überwachen, und bei 100 °F Hitze würden seine Lithium-Ionen-Batterien innerhalb von 10 Minuten 30 % ihrer Ladung verlieren. Festkörper? Sie halten stabil – auch nach stundenlangem Aufenthalt in der Sonne.

Nachhaltigkeit ist ein weiterer Erfolg, den wir nicht auf die leichte Schulter nehmen. Immer mehr unserer Kunden fragen nach ESG-Zielen, und Festkörperbatterien sind hier ein großes Kästchen. Sie verbrauchen 70 % weniger Kobalt als Lithium-Ionen-Batterien – der Kobaltabbau ist bekanntermaßen sowohl für die Umwelt als auch für die lokale Bevölkerung schädlich. Darüber hinaus hat unser Nachhaltigkeitsteam die Zahlen ermittelt: Der gesamte CO2-Fußabdruck einer Festkörperbatterie (von der Produktion bis zur Entsorgung) ist 45 % niedriger als bei Lithium-Ionen-Batterien. Für ein Lieferunternehmen, das bis 2030 klimaneutral sein will, ist das ein gewaltiger Schritt nach vorne.