드론의 전고체 배터리: 성공, 장애물, 운영자를 위한 다음 단계

결과는? 48분, 10초 연속 비행은 불과 몇 년 전만 해도 리튬 이온으로는 상상할 수 없었던 일입니다. 이 공간에 있는 누구에게나 이는 단순한 숫자가 아닙니다. 그게 증거야고체드론 운영자의 가장 큰 두 가지 불만인 짧은 비행 시간과 안전에 대한 걱정을 해결할 수 있습니다. 그 시험 비행은 단순히 기록을 깨는 것이 아니라 eVTOL(및 일반적으로 드론)이 곧 안전에 대한 제한을 두지 않고 더 길고 안정적인 임무를 처리할 수 있음을 보여주었습니다.

파나소닉도 뛰어들었다.전고체 배터리소형 드론을 위해 특별히 제작되었으며, 그 사양은 바쁜 운영자에게 적합합니다. 3분 안에 드론 배터리를 10%에서 80%까지 충전한다고 상상해 보세요. 하루에 20편 이상의 항공편을 운항하는 배송 팀의 경우 가동 중지 시간이 30분(리튬 이온 사용 시)에서 거의 0분으로 단축됩니다. 더 나은가요? 실온에서 10,000~100,000회 충전 주기가 지속됩니다. 우리와 함께 일하는 한 건설 회사는 리튬 이온 배터리를 6개월마다 교체한다고 말했습니다. 이 Panasonic 옵션은 5년 이상 지속될 수 있습니다. 이는 막대한 비용 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라 매립지로 가는 배터리의 수도 줄어듭니다. 지속 가능성을 추구하는 고객이 점점 더 많이 요구하고 있는 사항입니다.

하지만 여기에 우리가 고객을 위해 설탕을 입히지 않는 것이 있습니다. 솔리드 스테이트는 모든 드론에 적용되기 전에 여전히 뛰어넘어야 할 난관이 있습니다. 우리는 지난 6개월 동안 수십 명의 중소 드론 운영자와 이야기를 나눴으며 그들의 우려는 모두 "서류상의 좋은 사양"을 넘어서는 동일한 문제로 돌아갔습니다.

비용을 먼저 생각하세요. 재료 자체가 더 비쌉니다. 이러한 배터리의 고체 전해질은 리튬 이온의 액체 전해질보다 비용이 더 많이 들고, 이를 만드는 데 필요한 기계도 더 비쌉니다. 기성품이 아닙니다. 텍사스의 한 신생 드론 제조업체는 솔리드 스테이트로 전환하고 싶지만 배터리 설정을 재조정하는 초기 비용으로 인해 연간 예산 전체가 소모될 것이라고 말했습니다. EHang이나 Panasonic과 같은 대형 기업의 경우 관리가 가능하지만 대부분의 사업자에게는 현재 장벽이 됩니다.

그런 다음 "인터페이스 안정성" 문제가 있습니다. 간단한 문제에 대한 고급 용어입니다. 고체 전해질과 배터리 전극이 제대로 작동하려면 단단하고 일관된 접촉을 유지해야 합니다. 하지만 배터리가 충전 및 방전될 때마다 전극이 조금씩 수축하고 팽창합니다. 시간이 지남에 따라 작은 간격이 생기고 배터리 전원이 더 빨리 소모됩니다. 우리는 지난 봄 농장용 드론 테스트를 통해 이를 직접 확인했습니다. 50사이클 후에 전고체 배터리의 비행 시간이 12% 감소했습니다. 이는 거래를 중단할 정도는 아니지만 농부가 "이게 더 나빠질까요?"라고 물을 만큼 충분했습니다. 현재로서는 제조업체가 더 내구성이 뛰어난 전극 재료를 찾아내기 전까지는 대답은 "아마도"입니다.

취약성은 특히 열악한 환경에서 비행하는 드론의 경우 또 다른 골칫거리입니다. 대부분의 세라믹 기반 고체 전해질은 단단하지만 유연성이 없습니다. 콜로라도의 수색구조팀은 지난 겨울 세라믹 전해질 배터리를 테스트했습니다. 바위가 많은 지형에 착륙하는 동안 배터리 케이스가 깨졌고(다행히 화재는 발생하지 않음) 드론의 전원이 꺼졌습니다. 해당 시나리오에서는 리튬 이온이 누출될 수 있지만 일반적으로 안전하게 착륙할 수 있을 만큼 오랫동안 작동합니다. 진동(예: 건설 현장 스캐너) 또는 경착륙(예: 야생 동물 모니터링 드론)을 처리하는 드론의 경우 이는 큰 관심사입니다.

리튬 이온 배터리를 단락시키는 작은 바늘 모양 구조인 리튬 수상돌기조차 완전히 사라지지 않았습니다. 고체 상태에서는 이러한 현상이 더 드물지만, 높은 충전 속도(예: Panasonic의 3분 충전)에서는 수상돌기가 여전히 형성될 수 있다고 배터리 엔지니어로부터 들었습니다. 위험은 더 적지만 혼잡한 지역을 비행하는 운영자의 경우 "더 작은 것"이 항상 "충분한" 것은 아닙니다.

열은 또 다른 놀라움입니다. 고체 상태는 리튬 이온보다 고온에서 더 안전하지만 열을 발산하지도 않습니다. 무거운 화물을 들어 올리거나 최고 속도로 장시간 비행하는 등 고출력 작업에 사용되는 드론은 열을 빠르게 축적할 수 있습니다. 우리는 50파운드 패키지 배송을 위한 고체 드론을 테스트하는 물류 고객과 협력했습니다. 비행 후 25분 후에 배터리가 뜨거워져서 드론의 소프트웨어로 인해 일찍 착륙하게 되었습니다. 그들은 가벼운 방열판을 추가해야 했고 이로 인해 페이로드 용량이 줄어들어 솔리드 스테이트로 전환하려는 목적이 일부 무산되었습니다.

그리고 제조 규모도 잊지 마세요. 현재 대부분의 전고체 배터리는 소량 생산됩니다. 한 달에 100개의 배터리가 필요한 드론 운영자는 배송을 위해 6~8주를 기다릴 수 있지만 리튬 이온 배터리는 당일 재고가 있습니다. 공장에서 리튬 이온만큼 빠르고 저렴하게 전고체 배터리를 생산할 수 있을 때까지는 가장 큰 팀을 제외한 모든 기업에서 채택이 느리게 유지될 것입니다.

고체 전해질 자체에 있어서도 "일률적인" 방법은 없습니다. 세라믹은 전도성이 뛰어납니다. 이온을 빠르게 움직이게 하여 더 많은 전력을 공급할 수 있지만 우리가 본 것처럼 부서지기 쉽습니다. 폴리머는 유연하므로 진동을 더 잘 처리하지만 실온에서는 속도가 느려집니다. 느리게 움직이는 농업용 드론에는 적합하지만 빠른 배송 드론에는 적합하지 않습니다. 황화물은 중간 지점입니다. 전도성과 유연성이 우수하지만 습기에 반응합니다. 플로리다의 한 해안 드론 운영자는 황화물 기반 배터리에 방수 케이스를 추가해야 했고 이로 인해 무게가 늘어났다고 말했습니다. 올바른 전해질을 선택하는 것은 전적으로 드론이 수행하는 작업과 비행 위치에 따라 달라집니다.

하지만 좋은 소식은 다음과 같습니다. 우리가 언급한 모든 과제는 한 번에 하나의 테스트씩 해결되고 있습니다. EHang의 비행은 우연이 아니었습니다. 제조업체가 솔리드 스테이트를 드론에 맞게 조정하는 방법을 알아내고 있다는 신호입니다. Panasonic의 고속 충전 배터리는 단순한 프로토타입이 아닙니다. 일부 고객에게 배송되기 시작했습니다. 그리고 더 많은 사업자가 솔리드 스테이트를 요구함에 따라 비용은 낮아질 것입니다.

현재 드론 사업을 운영하는 사람에게 문제는 솔리드 스테이트가 "무엇을 맡게 될지"가 아니라 "언제, 어떻게 준비할 것인가"입니다. 소규모로 시작하세요. 수요가 가장 높은 드론(배달, 수색 및 구조 등)으로 몇 가지 전고체 배터리를 테스트하고 시간 및 교체 비용 절감 효과를 추적하세요. 맞춤형 솔루션에 대해 배터리 공급업체에 문의하세요. 많은 업체가 특정 사용 사례에 맞게 전해질을 조정할 의향이 있습니다.

솔리드 스테이트는 아직 완벽하지는 않지만 더 긴 비행, 더 안전한 작동, 더 적은 다운타임 등 가장 중요한 면에서 리튬 이온보다 이미 더 뛰어납니다. 그리고 꼬임이 해결되면서? 우리는 드론이 단순히 "작업을 완료"하는 것이 아니라 그 어느 때보다 더 빠르고 저렴하며 더 많은 장소에서 작업을 수행하는 미래를 보고 있습니다.

귀하의 드론에 어떤 전고체 배터리가 적합한지 궁금하시거나 당사가 고객과 함께 진행한 테스트에 대해 더 자세히 듣고 싶으시면 연락주세요. 이것은 단순한 기술 이야기가 아닙니다. 드론 작업을 더욱 효율적으로 만드는 방법에 관한 것입니다.