Batterie allo stato solido: il punto di svolta che alimenta i droni di nuova generazione

se hai visitato terreni agricoli nel Midwest, probabilmente hai visto i droni planare sui campi di mais, spruzzando fertilizzanti con precisione millimetrica. Questi momenti non sono solo fantastiche dimostrazioni tecnologiche; sono segni di come i droni siano diventati indispensabili nei settori delle consegne, dell’agricoltura, della difesa e del lavoro ambientale. Ma ecco il problema di cui sentiamo parlare continuamente dai nostri clienti: le batterie li stanno trattenendo.

Analizziamolo. Al momento, quasi tutti i droni commerciali funzionano con batterie agli ioni di litio. Certo, quelle batterie sono migliorate nel corso degli anni: abbiamo visto i tempi di volo passare da 20 minuti a 60 minuti per alcuni modelli e una ricarica più rapida ha ridotto i tempi di inattività. Ma parla con qualsiasi operatore di droni e ti dirà le stesse frustrazioni: un drone per le consegne potrebbe dover tornare indietro a metà percorso perché la sua batteria si sta scaricando troppo velocemente. Un agricoltore del Nord Dakota non può utilizzare il drone per il monitoraggio delle colture a gennaio perché il freddo uccide la carica degli ioni di litio. Una squadra di sicurezza che schiera droni vicino a una centrale elettrica teme gli incendi delle batterie: l’elettrolita liquido infiammabile degli ioni di litio è un rischio reale in aree sensibili. Questi non sono problemi piccoli; sono limiti che impediscono ai droni di raggiungere il loro pieno potenziale.

Ecco dovebatterie allo stato solidoentra e, onestamente, non sono solo un aggiornamento. Sono un ripensamento completo del modo in cui alimentamo i droni. La differenza è semplice ma enorme: invece dell’elettrolita liquido nelle batterie agli ioni di litio, quelle a stato solido utilizzano un materiale solido (si pensi alla ceramica o ai compositi polimerici). Da quello che abbiamo visto nei test con produttori e clienti, questo piccolo cambiamento risolve quasi tutti i punti critici creati dagli ioni di litio.

Cominciamo con quello importante: tempo di volo e autonomia. Lo scorso trimestre abbiamo collaborato con una società di consegna di droni in California per testare le batterie allo stato solido. La loro vecchia configurazione agli ioni di litio permetteva ai droni di volare per 15 miglia andata e ritorno, trasportando un pacco da 3 libbre. Con il nuovobatterie allo stato solido? Percorrevano 28 miglia andata e ritorno e potevano trasportare 1,5 libbre in più. Per le loro operazioni, ciò significava coprire altri due quartieri con ogni drone al giorno, senza bisogno di voli aggiuntivi. Per un cliente di sorveglianza che lavora nel pattugliamento delle frontiere, ciò si traduce in droni che rimangono in volo per 2,5 ore invece di 1 ora, sufficienti per monitorare un tratto di 40 miglia senza tornare alla base. Non si tratta di un miglioramento incrementale; si tratta di un cambiamento completo in ciò che i loro team possono realizzare.

La sicurezza è un altro aspetto non negoziabile, soprattutto per i droni che volano sopra le città o vicino a infrastrutture critiche. Abbiamo effettuato un piccolo test interno all'inizio di quest'anno per dimostrare il punto: abbiamo esposto una batteria agli ioni di litio e una batteria allo stato solido alle stesse condizioni: calore a 60°C, un piccolo impatto (imitando un piccolo incidente). La batteria agli ioni di litio si è gonfiata e ha perso liquido entro 30 minuti. Quello a stato solido? Non si è nemmeno riscaldato. Un cliente che gestisce la sicurezza dei droni per gli aeroporti ci ha detto che questo è un punto di svolta: in passato hanno dovuto mettere a terra i droni a causa del surriscaldamento degli ioni di litio, ma lo stato solido elimina completamente questo rischio.

Poi c’è il fattore costo, qualcosa che interessa a ogni azienda. Un cliente di un'azienda agricola in Iowa ha calcolato che sostituivano le batterie dei droni agli ioni di litio ogni 8 mesi, con un costo di circa \(1.800 all'anno per drone. Batterie a stato solido? Il produttore stima che dureranno 3 anni. Fate i conti: questo riduce il costo annuale delle batterie a \)600. E il tempo di ricarica? Le loro vecchie batterie agli ioni di litio impiegavano 1,5 ore per caricarsi completamente; quelli a stato solido raggiungono l'80% in 40 minuti. Durante la stagione della semina, quando fanno funzionare i droni dall’alba al tramonto, quel tempo extra si aggiunge a 2 cicli di volo in più al giorno, coprendo altri 50 acri di mais.

Inoltre, non possiamo ignorare le condizioni estreme, qualcosa che i nostri clienti ambientali sollevano continuamente. Il mese scorso abbiamo aiutato un gruppo di ricerca a schierare droni in Alaska per monitorare le popolazioni di volpi artiche. Lì le temperature scendono fino a -30°C e le batterie agli ioni di litio si esaurirebbero entro 45 minuti. Con batterie allo stato solido? I droni hanno volato per 2 ore di fila, inviando filmati nitidi delle tane delle volpi. Lo stesso vale per il lavoro nel deserto: un cliente in Arizona utilizza i droni per monitorare gli incendi e, con un calore di 100 ° F, le batterie agli ioni di litio perderebbero il 30% della carica in 10 minuti. Stato solido? Rimangono stabili, anche dopo ore al sole.

La sostenibilità è un’altra vittoria che non prendiamo alla leggera. Sempre più clienti ci chiedono quali siano gli obiettivi ESG e le batterie allo stato solido sono una grande opportunità in questo ambito. Utilizzano il 70% in meno di cobalto rispetto alle batterie agli ioni di litio: l’estrazione del cobalto è notoriamente dannosa sia per l’ambiente che per le comunità locali. Inoltre, il nostro team dedicato alla sostenibilità ha analizzato i numeri: l’impronta di carbonio totale di una batteria a stato solido (dalla produzione allo smaltimento) è inferiore del 45% rispetto a quella agli ioni di litio. Per un’azienda di consegne che mira a raggiungere la neutralità delle emissioni di carbonio entro il 2030, si tratta di un enorme passo avanti.