Die Drohnen-Festkörperbatterien für Flüge bei kaltem Wetter

Extreme Kälte war schon immer eine ernsthafte Herausforderung für die Leistung und Zuverlässigkeit unbemannter Luftfahrzeuge. Niedrige Temperaturen können die chemische Aktivität herkömmlicher Batterien erheblich verringern, was zu einer starken Verkürzung der Batterielebensdauer, Spannungsabfällen und sogar plötzlichen Stromausfällen führt und kritische Flugeinsätze gefährdet. Semi-Solid-State-Batterien bieten uns eine völlig neue Lösung, um der starken Kälte zu trotzen.

Warum sind niedrige Temperaturen der „Erzfeind“ herkömmlicher Drohnenbatterien?

Das Dilemma herkömmlicher Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) bei niedrigen Temperaturen:

Niedrige Temperaturen können die Leistung von Drohnenbatterien erheblich beeinträchtigen, was zu verkürzten Flugzeiten führt und möglicherweise Ihre Mission beeinträchtigt.

Elektrolytverfestigung: Bei niedrigen Temperaturen wird der flüssige Elektrolyt im Inneren der Batterie zähflüssig oder erstarrt sogar teilweise, was die Bewegungsgeschwindigkeit der Lithiumionen stark beeinträchtigt.

Ein starker Anstieg des Innenwiderstands: Die Behinderung der Ionenbewegung führt direkt zu einem Anstieg des Innenwiderstands der Batterie. Um den Flug aufrechtzuerhalten, fällt die Batteriespannung stark ab (Spannungseinbruch), wodurch der Batterieschutzmechanismus der Drohne ausgelöst wird und das Flugzeug gezwungen wird, früher zu landen.

Starker Kapazitätsverlust: In einer Umgebung mit 0 °C kann die verfügbare Kapazität herkömmlicher LiPo-Akkus um 30 bis 50 % sinken. Bei noch extremeren Tiefsttemperaturen ist der Leistungsverlust noch erstaunlicher.

Gefahr beim Laden: Das Laden von Akkus bei niedrigen Temperaturen kann zum Auslaugen von Lithiummetall führen, was den Akku dauerhaft schädigen und die Gefahr eines Kurzschlusses und eines Brandes bergen kann.

FestkörperbatterienAls Übergangstechnologie integrieren sie auf geniale Weise die Vorteile traditioneller Flüssigbatterien und Festkörperbatterien. Der Kern besteht darin, Elektrodenmaterialien mit Festelektrolyten und einer kleinen Menge Elektrolyt zu vermischen, um eine halbfeste Matrix ähnlich einer gelartigen Substanz zu bilden.

FestkörperbatterienStarker Kapazitätsverlust: In einer Umgebung mit 0 °C kann die verfügbare Kapazität herkömmlicher LiPo-Akkus um 30 bis 50 % sinken. Bei noch extremeren Tiefsttemperaturen ist der Leistungsverlust noch erstaunlicher.

Der Arbeitsprozess von Festkörperbatterien ähnelt makroskopisch dem von Lithium-Polymer-Batterien, beinhaltet jedoch weiterhin die Wanderung von Lithiumionen zwischen der positiven und negativen Elektrode. Allerdings bringen die Implementierungsmethoden auf der Mikroebene einen himmelweiten Unterschied mit sich.

Festelektrolyte: Sie bestehen meist aus speziellen Feststoffmaterialien wie Keramik, Sulfiden oder Polymeren. Diese Materialien verfügen über eine extrem hohe Ionenleitfähigkeit, die den schnellen Durchgang von Lithiumionen ermöglicht und gleichzeitig Elektronen isoliert, wodurch die beiden Hauptfunktionen Leitung und Isolierung perfekt kombiniert werden.

Arbeitsprozess

Beim Laden oder Entladen einer Batterie bewegen sich Lithiumionen (Li⁺) unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes durch den Festelektrolyten, der als feste „Brücke“ dient, zwischen der positiven und der negativen Elektrode hin und her. Elektronen (e⁻) fließen durch den externen Stromkreis und bilden so einen elektrischen Strom, der das unbemannte Luftfahrzeug antreibt.

Eine der größten Herausforderungen beim Design von Festkörperbatterien ist unabhängig von der Art des verwendeten Festelektrolyten die Optimierung der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode. Im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten, die leicht an Elektrodenoberflächen haften, müssen Festelektrolyte sorgfältig entworfen werden, um einen guten Kontakt und einen effizienten Ionentransfer zu gewährleisten.

ZYEBATTERY konzentriert sich seit jeher auf modernste Energietechnologien. Wir verfolgen aufmerksam die Entwicklung von Technologien der nächsten Generation wie Festkörperbatterien und sind bestrebt, den Markt in Zukunft mit sichereren und leistungsstärkeren Stromversorgungslösungen für Drohnen zu versorgen, damit unsere Kunden höher, weiter und sicherer fliegen können.