드론에서 솔리드 스테이트 배터리 사용의 과제와 한계는 무엇입니까?

드론에서 고형 상태 배터리의 도전 및 제한 : 채택으로로드 블록 탐색

솔리드 스테이트 배터리 드론을위한 리튬 이온 (Li-ion) 배터리에 대한 유망한 대안으로 등장하여 더 높은 에너지 밀도, 안전성 향상 및 온도 내성과 같은 이점을 제공합니다. 그러나 드론 산업에서 광범위한 채택으로가는 길은 일련의 기술적, 경제적, 실질적인 도전에 의해 방해받습니다. 이러한 제한 사항과 드론 운영자, 제조업체 및 산업이 무인 항공 차량 (UAV)에 의존하는 이유를 분류합시다.

1. 높은 생산 비용과 제한된 확장 성

드론에서 솔리드 스테이트 배터리 채택에 대한 가장 중요한 장벽 중 하나는 비용입니다. 솔리드 스테이트 기술은 주로 다음과 같은 규모로 생산 비용이 많이 듭니다.

특수 재료 : 많은 고형 상태 배터리는 리튬 금속 양극, 세라믹 전해질 (예 : 가넷 또는 황화물 기반) 또는 초 구지 원료와 같은 고비용 부품을 사용합니다. 이 물질은 리-이온 배터리에서 흑연 양극 및 액체 전해질보다 더 비싸다.

복잡한 제조 : 솔리드 스테이트 배터리를 생산하려면 오염을 방지하기 위해 전해질 또는 제어 환경의 얇은 필름 증착과 같은 정밀 제조 공정이 필요합니다. 이러한 단계는 더 노동 집약적이며 전문 장비가 필요하므로 생산 비용을 증가시킵니다.

2.주기 수명과 열화 문제

드론은 작업자입니다. 매일 매일 운영되며 자주 충전 및 배출주기가 필요합니다. 고형 상태 배터리의 경우 사이클 수명 (용량이 80%미만으로 떨어지기 전 충전 방전주기 수)이 중요한 제한입니다.

이 분해는 고체 전해질과 전극 사이의 계면 불안정성에서 비롯됩니다. 시간이 지남에 따라, 이들 인터페이스에서의 화학 반응은 저항 층을 형성하여 전도도와 용량을 줄입니다. 예를 들어, 리튬 금속 음극 (고체 배터리에서 일반적으로)은 고체 전해질을 뚫어 단락으로 단락 또는 용량 손실을 유발하는 수상 돌기 (테니, 바늘과 같은 구조)를 형성 할 수 있습니다. 세라믹 전해질은 액체보다 수상 돌기에 더 내성이 있지만, 특히 높은 배출 속도에서는 불 침투성이 없습니다.

3. 기계적 취약성 및 진동 감도

드론은 역동적이고 종종 가혹한 환경에서 작동합니다. 비행 중에 진동하거나 바람 돌풍의 영향을 견뎌냅니다.솔리드 스테이트 배터, 특히 세라믹 전해질을 사용하는 것들은 드론에서 흔히 볼 수있는 유연한 파우치 스타일의 리-이온 배터리에 비해 기계적으로 부서지기 쉬운다.

4. 온도 및 배출 속도 제한

고형 상태 배터리는 극도로 온도에서 Li-ion 배터리보다 더 잘 작동하지만 보편적으로 강력하지는 않습니다. 많은 고체 전해질은 전도도에 대한 최적의 온도 범위를 가지고 있습니다.

5. 양식 요인 및 통합 문제

드론은 소형 쿼드 콥터에서 슬림 한 동체가있는 고정 윙 UAV에 이르기까지 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 이 품종은 파우치, 실린더 또는 맞춤형 모양과 같은 유연한 형태의 배터리를 요구합니다. 솔리드 스테이트 배터리, 특히 세라믹 전해질이있는 배터리는 종종 단단하고 비표준 크기로 성형하기가 어렵습니다. 중합체 전해질은 더 많은 유연성이 있지만 희생 전도성을 제공하여 고전력 드론에 부적합합니다.

6. 신뢰성은 미션 크리티컬입니다

실험실 테스트 된 솔리드 스테이트 배터리는 통제 된 조건에서 90 분의 비행 시간을 달성 할 수 있지만, 풍력 저항, 페이로드 교대 또는 온도 스윙으로 실제 사용하면 비행 시간이 20-30%감소 할 수 있습니다. 이러한 예측 불가능 성은 물류 또는 응급 서비스와 같은 산업이 SSB를 채택하는 것을 주저하게 만듭니다.

결론 : 진보이지만 완벽하지는 않습니다

솔리드 스테이트 배터리는 드론에 대한 엄청난 약속을 가졌지 만, 현재의 제한 사항 (코스트, 사이클 수명, 취약성 및 통합 문제)은 하룻밤 사이에 리-이온 배터리를 대체 할 수 없습니다. 이러한 장애물은 극복 가능하다 : 전해질 화학 (예 : 하이브리드 세라믹-폴리머 전해질), 확장 가능한 제조 및 덴드리트 내성 설계의 발전은 이미 주요 문제를 해결하고있다.

지금은 솔리드 스테이트 배터강점 (안전, 고 에너지 밀도)이 군사 UAV 또는 고급 산업 검사와 같은 비용을 능가하는 틈새 드론 응용 프로그램에 가장 적합합니다. 그러나 기술이 성숙함에 따라 우리는 솔리드 스테이트 배터리가 드론 시장을 점진적으로 (침투) 할 것으로 예상하여 비행 시간과 다양성에 대한 새로운 가능성을 잠금 해제 할 수 있습니다. 그때까지 Li-ion은 대부분의 드론 연산자에게 실용적인 선택으로 남아 있습니다.

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