Baterai Solid-State di Drone: Kemenangan, Tantangan, dan Tantangan Selanjutnya bagi Operator

Hasilnya? Penerbangan terus menerus selama 48 menit, 10 detik—sesuatu yang tidak terpikirkan dengan lithium-ion beberapa tahun yang lalu. Bagi siapa pun yang berada di luar angkasa, itu bukan hanya angka; itu buktinyakeadaan padatdapat mengatasi dua keluhan terbesar operator drone: waktu penerbangan yang singkat dan kekhawatiran akan keselamatan. Uji terbang tersebut tidak hanya memecahkan rekor—tetapi juga menunjukkan bahwa eVTOL (dan drone pada umumnya) dapat segera menangani misi yang lebih lama dan lebih andal tanpa mengorbankan keselamatan.

Panasonic juga ikut serta, dengan abaterai keadaan padatdibuat khusus untuk drone yang lebih kecil—dan spesifikasinya sangat cocok untuk operator yang sibuk. Bayangkan mengisi daya baterai drone dari 10% hingga 80% dalam 3 menit. Untuk tim pengiriman yang menjalankan 20+ penerbangan sehari, hal ini mengurangi waktu henti dari 30 menit (dengan lithium-ion) menjadi hampir tidak ada sama sekali. Lebih baik lagi? Ini berlangsung 10.000 hingga 100.000 siklus pengisian daya pada suhu kamar. Sebuah perusahaan konstruksi tempat kami bekerja memberi tahu kami bahwa mereka mengganti baterai litium-ion setiap 6 bulan—opsi Panasonic ini dapat bertahan hingga 5+ tahun. Hal ini merupakan penghematan biaya yang sangat besar, namun hal ini juga berarti lebih sedikit baterai yang berakhir di tempat pembuangan sampah—sesuatu yang semakin banyak ditanyakan oleh klien ketika mereka condong pada keberlanjutan.

Namun ada satu hal yang tidak kami tutupi untuk klien: solid-state masih memiliki rintangan yang harus dilewati sebelum ada di setiap drone. Kami telah berbicara dengan lusinan operator drone skala kecil hingga menengah selama 6 bulan terakhir, dan kekhawatiran mereka semua kembali pada tantangan yang sama—tantangan yang melampaui “spesifikasi bagus di atas kertas.”

Ambil biaya dulu. Bahannya saja lebih mahal: elektrolit padat dalam baterai ini harganya lebih mahal daripada elektrolit cair dalam lithium-ion, dan mesin yang dibutuhkan untuk membuatnya? Itu tidak tersedia. Sebuah startup pembuat drone di Texas mengatakan kepada kami bahwa mereka ingin beralih ke solid-state, namun biaya awal untuk melengkapi kembali pengaturan baterai mereka akan menghabiskan seluruh anggaran tahunan mereka. Bagi pemain besar seperti EHang atau Panasonic, hal ini dapat diatasi—namun bagi sebagian besar operator, hal ini merupakan hambatan saat ini.

Lalu ada masalah “stabilitas antarmuka”—istilah sederhana untuk masalah sederhana: elektrolit padat dan elektroda baterai harus tetap berada dalam kontak yang erat dan konsisten agar dapat bekerja dengan baik. Namun setiap kali baterai diisi dan dikosongkan, elektrodanya menyusut dan sedikit mengembang. Seiring waktu, hal ini menciptakan celah kecil, dan baterai kehilangan daya lebih cepat. Kami melihat hal ini secara langsung melalui pengujian drone pertanian pada musim semi lalu: setelah 50 siklus, waktu terbang baterai solid-state turun sebesar 12%—bukan sebuah masalah besar, namun cukup membuat petani bertanya, “Apakah ini akan menjadi lebih buruk?” Saat ini, jawabannya adalah “mungkin,” sampai produsen menemukan bahan elektroda yang lebih tahan lama.

Kerapuhan juga menjadi masalah lain, terutama bagi drone yang terbang dalam kondisi sulit. Kebanyakan elektrolit padat berbahan dasar keramik bersifat keras—tetapi tidak fleksibel. Tim pencarian dan penyelamatan di Colorado menguji baterai keramik-elektrolit musim dingin lalu; saat mendarat di medan berbatu, casing baterainya retak (untungnya, tidak ada api), dan drone kehilangan tenaga. Litium-ion mungkin bocor dalam skenario tersebut, namun biasanya tetap bekerja cukup lama untuk mendarat dengan selamat. Untuk drone yang menangani getaran (seperti pemindai lokasi konstruksi) atau pendaratan keras (seperti drone pemantau satwa liar), hal ini menjadi perhatian besar.

Bahkan dendrit litium—struktur kecil seperti jarum yang menyebabkan baterai litium-ion menjadi pendek—belum sepenuhnya hilang. Dendrit lebih jarang ditemukan dalam kondisi solid-state, namun kami telah mendengar dari para insinyur baterai bahwa pada kecepatan pengisian daya yang tinggi (seperti pengisian daya Panasonic selama 3 menit), dendrit masih dapat terbentuk. Risikonya lebih kecil, namun bagi operator yang terbang di wilayah ramai, “lebih kecil” tidak selalu “cukup baik.”

Panas adalah kejutan lainnya. Solid-state lebih aman pada suhu tinggi dibandingkan lithium-ion, namun tidak menghilangkan panas juga. Drone yang digunakan untuk tugas berkekuatan tinggi—seperti mengangkat muatan berat atau terbang dengan kecepatan tinggi dalam waktu lama—dapat menghasilkan panas dengan cepat. Kami bekerja dengan klien logistik yang menguji drone solid-state untuk pengiriman paket seberat 50 pon; setelah 25 menit penerbangan, baterai menjadi cukup panas sehingga perangkat lunak drone memaksanya mendarat lebih awal. Mereka harus menambahkan heat sink ringan, yang mengurangi kapasitas muatan—menggagalkan sebagian tujuan peralihan ke solid-state.

Dan jangan lupakan skala produksi. Saat ini, sebagian besar baterai solid-state dibuat dalam jumlah kecil. Operator drone yang membutuhkan 100 baterai sebulan mungkin menunggu 6-8 minggu untuk pengiriman, sedangkan baterai lithium-ion tersedia pada hari yang sama. Hingga pabrik dapat memproduksi baterai solid-state secepat (dan semurah) baterai lithium-ion, penerapannya akan tetap lambat bagi semua pihak, kecuali tim yang terbesar.

Mengenai elektrolit padat itu sendiri, tidak ada istilah yang “cocok untuk semua”. Keramik sangat bagus untuk konduktivitas—keramik memungkinkan ion bergerak cepat, yang berarti lebih banyak daya—tetapi keramik rapuh, seperti yang telah kita lihat. Polimer bersifat fleksibel, sehingga mampu menangani getaran dengan lebih baik, namun lebih lambat pada suhu ruangan—bagus untuk drone pertanian yang bergerak lambat, namun buruk untuk drone pengiriman cepat. Sulfida adalah jalan tengahnya: konduktivitas dan fleksibilitas yang baik, tetapi bereaksi terhadap kelembapan. Seorang operator drone pesisir di Florida memberi tahu kami bahwa mereka harus menambahkan casing kedap air pada baterai berbasis sulfida, yang menambah bobotnya. Memilih elektrolit yang tepat bergantung sepenuhnya pada fungsi drone dan ke mana ia terbang.

Namun, inilah kabar baiknya: setiap tantangan yang kami sebutkan dapat diselesaikan, satu demi satu ujian. Penerbangan EHang bukanlah suatu kebetulan; ini adalah tanda bahwa produsen sedang mencari cara untuk menyesuaikan solid-state dengan drone. Baterai pengisian cepat Panasonic bukan sekadar prototipe—tetapi sudah mulai dikirimkan ke klien tertentu. Dan karena semakin banyak operator yang meminta solid-state, biaya akan turun.

Bagi siapa pun yang menjalankan bisnis drone saat ini, pertanyaannya bukanlah “apakah” solid-state akan mengambil alih—tetapi “kapan, dan bagaimana mempersiapkannya.” Mulailah dari yang kecil: uji beberapa baterai solid-state dengan drone yang paling banyak diminati (seperti pengiriman atau pencarian dan penyelamatan) dan lacak penghematan waktu dan penggantian. Bicaralah dengan pemasok baterai Anda tentang solusi khusus—banyak yang bersedia mengubah elektrolit untuk kasus penggunaan spesifik Anda.

Solid-state belum sempurna, namun sudah lebih baik daripada lithium-ion dalam hal-hal yang paling penting: penerbangan lebih lama, pengoperasian lebih aman, dan waktu henti yang lebih sedikit. Dan saat kekusutan itu teratasi? Kami melihat masa depan di mana drone tidak hanya “menyelesaikan pekerjaan”—mereka juga melakukannya dengan lebih cepat, lebih murah, dan di lebih banyak tempat dibandingkan sebelumnya.

Jika Anda penasaran tentang baterai solid-state mana yang cocok untuk drone Anda, atau ingin mendengar lebih banyak tentang pengujian yang kami jalankan dengan klien, hubungi kami. Ini bukan sekadar pembicaraan teknologi—ini tentang membuat pengoperasian drone Anda bekerja lebih keras untuk Anda.