Solid-State-batterijen: de game-changer die drones van de volgende generatie aandrijft

Als je landbouwgronden in het Midwesten hebt bezocht, heb je waarschijnlijk drones over maïsvelden zien vliegen, die met uiterste nauwkeurigheid kunstmest sproeiden. Deze momenten zijn niet alleen maar coole technische demo’s; het zijn tekenen dat drones onmisbaar zijn geworden in de leverings-, landbouw-, defensie- en milieusector. Maar dit is het addertje onder het gras waar we non-stop over horen van onze klanten: batterijen houden ze tegen.

Laten we het opsplitsen. Op dit moment draait bijna elke commerciële drone op lithium-ionbatterijen. Zeker, die batterijen zijn in de loop der jaren beter geworden: we hebben de vliegtijden voor sommige modellen zien krimpen van 20 minuten naar 60 minuten, en sneller opladen heeft de uitvaltijd verminderd. Maar als je met een drone-operator praat, zullen ze je dezelfde frustraties vertellen: een bezorgdrone moet misschien halverwege de route terugkeren omdat de batterij te snel leegraakt. Een boer in North Dakota kan zijn drone voor gewasmonitoring in januari niet gebruiken omdat koud weer de lithium-ionlading doodt. Een beveiligingsteam dat drones inzet in de buurt van een elektriciteitscentrale, maakt zich zorgen over batterijbranden: de brandbare vloeibare elektrolyt van li-ion vormt een reëel risico in gevoelige gebieden. Dit zijn geen kleine problemen; het zijn grenzen die drones ervan weerhouden hun volledige potentieel te bereiken.

Dat is waarsolid-state batterijenkom binnen - en eerlijk gezegd zijn ze niet alleen een upgrade. Ze zijn een complete heroverweging van de manier waarop we drones aandrijven. Het verschil is eenvoudig maar enorm: in plaats van de vloeibare elektrolyt in lithium-ionbatterijen gebruiken solid-state batterijen een vast materiaal (denk aan keramiek of polymeercomposieten). Van wat we hebben gezien in tests met fabrikanten en klanten, lost deze kleine verandering bijna elk pijnpunt op dat lithium-ion veroorzaakt.

Laten we beginnen met de grote: vliegtijd en bereik. Afgelopen kwartaal hebben we samengewerkt met een drone-bezorgbedrijf in Californië om solid-state batterijen te testen. Met hun oude lithium-ionopstelling konden hun drones 24 kilometer heen en terug vliegen, met een pakket van 3 pond aan boord. Met de nieuwesolid-state batterijen? Ze legden een heen- en terugreis van 45 kilometer af en konden nog eens 1,5 pond meenemen. Voor hun operaties betekende dit dat ze per drone per dag nog twee wijken moesten bestrijken, zonder dat er extra vluchten nodig waren. Voor een bewakingscliënt die aan grenspatrouilles werkt, betekent dit dat drones 2,5 uur in de lucht blijven in plaats van 1 uur – genoeg om een ​​traject van 65 kilometer in de gaten te houden zonder terug te keren naar de basis. Dat is geen stapsgewijze verbetering; dat is een complete verandering in wat hun teams kunnen bereiken.

Veiligheid is ook een onderwerp waar niet over onderhandeld kan worden, vooral als het gaat om drones die over steden of in de buurt van kritieke infrastructuur vliegen. We hebben eerder dit jaar een kleine interne test gedaan om dit punt te bewijzen: we hebben een lithium-ionbatterij en een solid-state batterij blootgesteld aan dezelfde omstandigheden: hitte van 60 °C, een kleine impact (die een kleine crash nabootst). De lithium-ionbatterij zwol op en lekte binnen 30 minuten vloeistof. De solid-state versie? Het werd niet eens warm. Een klant die drone-beveiliging voor luchthavens beheert, vertelde ons dat dit een game-changer is: ze hebben al eerder drones aan de grond moeten houden vanwege de angst voor oververhitting van li-ionen, maar solid-state neemt dat risico volledig weg.

Dan is er nog de kostenfactor, iets waar elk bedrijf om geeft. Een landbouwklant in Iowa berekende dat ze hun lithium-ion drone-batterijen elke 8 maanden moesten vervangen, wat hen ongeveer €1.800,- per jaar per drone kostte. Vastestofbatterijen? De fabrikant schat dat ze drie jaar meegaan. Reken maar eens uit: dat brengt hun jaarlijkse batterijkosten terug naar €600. En oplaadtijd? Het duurde 1,5 uur om hun oude li-ionbatterijen volledig op te laden; de solid-state exemplaren bereikten 80% in 40 minuten. Tijdens het plantseizoen, wanneer ze van zonsopgang tot zonsondergang drones gebruiken, komt die extra tijd neer op twee extra vliegcycli per dag, waarmee nog eens 50 hectare maïs wordt bestreken.

We kunnen extreme omstandigheden ook niet negeren – iets wat onze milieuklanten voortdurend ter sprake brengen. Vorige maand hebben we een onderzoeksteam geholpen drones in Alaska in te zetten om de populaties poolvossen te volgen. De temperatuur daalt daar tot -30°C en lithium-ionbatterijen zouden binnen 45 minuten leeg zijn. Met solid-state batterijen? De drones vlogen twee uur achter elkaar en stuurden duidelijke beelden van de vossenholen terug. Hetzelfde geldt voor werk in de woestijn: een klant in Arizona gebruikt drones om bosbranden te monitoren, en bij een hitte van 30 graden Celsius verliezen hun li-ionbatterijen binnen 10 minuten 30% van hun lading. Solide toestand? Ze blijven stabiel, zelfs na uren in de zon.

Duurzaamheid is een andere overwinning waar we niet lichtvaardig mee omgaan. Steeds meer van onze klanten vragen naar ESG-doelstellingen, en solid-state batterijen zijn hier een grote vraag. Ze gebruiken 70% minder kobalt dan lithium-ionbatterijen; kobaltwinning is notoir schadelijk voor zowel het milieu als de lokale gemeenschappen. Bovendien heeft ons duurzaamheidsteam de cijfers onder de loep genomen: de totale ecologische voetafdruk van een solid-state batterij (van productie tot verwijdering) is 45% lager dan die van li-ion. Voor een bezorgbedrijf dat in 2030 klimaatneutraal wil zijn, is dat een enorme stap voorwaarts.