Millised materjalid on tahkis-drooni aku sees? Praktiline jaotus

Kui olete FPV-droonide või kaubanduslike droonide kasutamisega süvenenud, olete kuulnud kuuldavat suminat: tulevik on droonide tahkisakud. Suuremat ohutust, pikemat eluiga ja suuremat energiatihedust lubades kõlavad need nagu mängu muutja. Aga millest need täpsemalt tehtud on? Mille poolest need erinevad tänapäeval kasutatavatest tavalistest liitiumpolümeer (LiPo) akudest?

Analüüsime tahkisaku põhimaterjale ja seda, miks need on teie drooni jõudluse jaoks olulised.

Põhiline erinevus:Tahke vs vedel

Esiteks kiire kruntvärv. Tavalisel LiPo akul on vedel või geelitaoline elektrolüüt. See tuleohtlik elektrolüüt on peamine riskiallikas (mõelge paistetustele, tulekahjudele). Tahkisaku, nagu nimigi ütleb, kasutab tahket elektrolüüti. See üksainus muudatus käivitab materiaalsete uuenduste kaskaadi.

Peamised materjalikomponendid aTahkis drooni aku

1. Tahke elektrolüüt (innovatsiooni süda)

See on määrav materjal. See peab liitiumiioone hästi juhtima, olles samal ajal elektrooniline isolaator. Levinud uuritavad tüübid on järgmised:

Keraamika: materjalid nagu LLZO (liitiumlantaantsirkooniumoksiid). Need pakuvad kõrget ioonjuhtivust ja suurepärast stabiilsust, muutes need termilise löögi eest väga kaitstuks – see on tohutu pluss drooniakude jaoks, mis võivad kokkupõrkes kahjustada saada.

Tahked polümeerid: mõelge mõne olemasoleva aku materjalide täiustatud versioonidele. Need on paindlikumad ja kergemini valmistatavad, kuid sageli peavad need töötama ka soojematel temperatuuridel.

Sulfiidpõhised klaasid: neil on fantastiline ioonijuhtivus, mis konkureerib vedelate elektrolüütidega. Kuid need võivad valmistamise ajal olla niiskuse suhtes tundlikud.

Pilootidele: tahke elektrolüüt on põhjus, miks need akud on oma olemuselt ohutumad ja saavad potentsiaalselt hakkama kiiremini laadimisega, ilma vedelate elektrolüütidega seotud riskideta.

2. Elektroodid (anood ja katood)

Siin olevaid materjale saab edasi lükata, kuna tahke elektrolüüt on stabiilsem.

Anood (negatiivne elektrood): teadlased saavad kasutada metallilist liitiumi. See on tohutu tehing. Tänapäeva LiPos on anood tavaliselt grafiit. Puhta liitiummetalli kasutamine võib järsult suurendada tahkis-drooni aku energiatihedust – see tähendab sama kaalu või sama võimsuse korral pikemat lennuaega väiksemas ja kergemas pakendis.

Katood (positiivne elektrood): see võib sarnaneda tänapäevaste suure jõudlusega akudega (nt NMC – liitium-nikkel-mangaankoobaltoksiid), kuid optimeeritud töötama tõhusalt koos tahke elektrolüüdi liidesega.

Pilootidele: liitiummetalli anood on lubatud "2x lennuaeg" pealkirjade salakaste. Kergemad ja energiatihedad pakendid võivad droonide disaini muuta.

3. Liidese kihid ja täiustatud komposiidid

See on inseneri väljakutse. Täiusliku ja stabiilse liidese saamine rabeda tahke elektrolüüdi ja elektroodide vahel on raske. Materjaliteadus hõlmab siin järgmist:

Kaitsekatted: elektroodidele kantakse üliõhukesed kihid soovimatute reaktsioonide vältimiseks.

Komposiitelektrolüüdid: Mõnikord kasutatakse juhtivuse, paindlikkuse ja valmistamise lihtsuse tasakaalustamiseks keraamiliste ja polümeersete materjalide segu.

Miks on need materjalid teie drooni jaoks olulised?

Kui näete rakendusi „droonide tahkisaku”, tähendab materjalivalik kasutaja eeliseid:

Ohutus ennekõike: süttivat vedelikku pole = järsult vähenenud tuleoht. See on oluline äritegevuse ja akusid transportivate inimeste jaoks.

Kõrgem energiatihedus: võti on liitiummetalli anoodi materjal. Oodake potentsiaalselt pikemat lennuaega või kergemat laeva.

Pikem tsükli eluiga: tahked elektrolüüdid on sageli keemiliselt stabiilsemad, mis võib tähendada, et akud kestavad sadu rohkem laadimistsükleid enne lagunemist.

Kiirem laadimispotentsiaal: materjalid võivad teoreetiliselt toetada palju kiiremat iooniülekannet ilma plaadistuse ja dendriidiprobleemideta, mis kimbutavad vedelaid LiPosid.

Praegune seis

Oluline on olla realist. Kuigi tahkisakude materjalid on laborites hästi arusaadavad, on nende masstootmine droonitööstusele sobiva hinnaga ja mahus veel pooleli. Väljakutsed seisnevad liideste ja tootmisprotsesside täiustamises.

Tõsitahkis-droone akudon enamasti prototüüpimise ja katsetamise faasis. Kui need turule jõuavad, ilmuvad need tõenäoliselt esmalt tipptasemel kommerts- ja ettevõtterakendustes.

Järeldus

Tahkisaku sees olevad materjalid – tahke keraamiline või polümeerne elektrolüüt, liitiummetalli anood ja täiustatud komposiitliidesed – on loodud lahendama tänapäeva LiPo-de põhipiiranguid. Nad lubavad ohutumate, kauem kestvate ja võimsamate lendude tulevikku.

Droonipiloodi või -operaatorina on nende edusammudega kursis hoidmine võtmetähtsusega. Üleminek tahkistehnoloogiale ei toimu üleöö, kuid selle taga peituva materjaliteaduse mõistmine aitab teil kärpida ja näha silmapiiril reaalset jõudlust.