ドローンの全固体電池: 成功、ハードル、そしてオペレーターの今後の課題

結果？ 48分10秒の連続飛行は、ほんの数年前のリチウムイオンでは考えられなかったことでした。この空間にいる誰にとっても、それは単なる数字ではありません。それはその証拠ですソリッドステート飛行時間の短さと安全性への懸念という、ドローン操縦者の最大の 2 つの不満を解決できます。この試験飛行は単に記録を破っただけではなく、eVTOL (およびドローン全般) が安全性を手抜きすることなく、より長時間でより信頼性の高いミッションをすぐに処理できることを示しました。

パナソニックも参入して、全固体電池小型ドローン向けに特別に構築されており、そのスペックは多忙なオペレーターにとって最適なものです。ドローンのバッテリーを 3 分で 10% から 80% まで充電することを想像してください。 1 日あたり 20 便以上のフライトを運航する配送チームの場合、ダウンタイムは (リチウムイオン使用の場合) 30 分からほぼゼロに短縮されます。さらに良いですか？室温で 10,000 ～ 100,000 回の充電サイクルが持続します。私たちが取引している建設会社は、リチウムイオン電池を 6 か月ごとに交換していると語った。このパナソニックのオプションは 5 年以上持続する可能性があるという。これは大幅なコスト削減ですが、同時に埋め立て地に捨てられるバッテリーの減少も意味します。これは、持続可能性に傾倒する顧客からの質問が増えています。

しかし、ここで私たちがお客様に説明していないことがあります。ソリッドステートには、すべてのドローンに搭載される前に、まだ乗り越えるべきハードルがあるのです。私たちは過去 6 か月間、数十の中小規模のドローン オペレーターと話をしましたが、彼らの懸念はすべて同じ課題、つまり「机上での優れた仕様」を超えた課題に戻っています。

まずコストを考えてください。材料だけでも高価です。これらの電池の固体電解質は、リチウムイオンの液体電解質よりも高価であり、それらを製造するために必要な機械は？既製ではありません。テキサス州の新興ドローンメーカーは、ソリッドステートに切り替えたいと考えているが、バッテリーの設定を変更するための初期費用が年間予算をすべて使い果たしてしまうだろうと語った。 EHang やパナソニックのような大手企業にとっては、それは対処可能なことですが、大多数の通信事業者にとっては、現時点では障壁となっています。

次に、「界面の安定性」の問題があります。単純な問題を派手な言葉で表したものです。固体電解質とバッテリーの電極が、正常に機能するには、しっかりと一貫した接触を維持する必要があります。しかし、バッテリーを充電および放電するたびに、電極はわずかに収縮および膨張します。時間が経つと、小さな隙間が生じ、バッテリーの消耗が早くなります。私たちは昨年春の農業用ドローンのテストでこのことを直接見ました。50 サイクル後、全固体電池の飛行時間は 12% 減少しました。これは問題を解決するものではありませんでしたが、農家が「これはさらに悪くなるのでは?」と尋ねるには十分でした。現時点では、メーカーがより耐久性の高い電極材料を開発するまで、答えは「おそらく」です。

特に荒れた状況で飛行するドローンにとって、脆さも頭痛の種です。ほとんどのセラミックベースの固体電解質は丈夫ですが、柔軟性がありません。コロラド州の捜索救助チームは昨冬、セラミック電解質バッテリーをテストした。岩だらけの地形に着陸中に、バッテリーのケーシングに亀裂が入り（幸い火災は発生しませんでした）、ドローンは電源を失いました。そのシナリオではリチウムイオンが漏れる可能性がありますが、通常は安全に着陸するのに十分な期間動作し続けます。振動を扱うドローン (建設現場のスキャナーなど) やハードランディング (野生動物監視ドローンなど) を扱うドローンにとって、これは大きな懸念事項です。

リチウム樹枝状結晶（リチウムイオン電池をショートさせる小さな針状の構造）でさえ、完全には消えていません。固体では稀ですが、高速充電 (パナソニックの 3 分間充電など) では依然として樹状突起が形成される可能性があるとバッテリー エンジニアから聞いています。リスクは小さくなりますが、混雑した地域の上空を飛行するオペレーターにとっては、「小さい」ことが必ずしも「十分」であるとは限りません。

熱もまた驚きです。ソリッドステートはリチウムイオンよりも高温では安全ですが、熱をあまり放散しません。重いペイロードを持ち上げたり、最高速度で長時間飛行したりするなど、高出力のタスクに使用されるドローンは、急速に熱を蓄積する可能性があります。私たちは物流クライアントと協力して、50ポンドの荷物配達用のソリッドステートドローンをテストしました。 25分間の飛行後、バッテリーが十分に熱くなったため、ドローンのソフトウェアが早期着陸を強制しました。軽量のヒートシンクを追加する必要があり、これによりペイロード容量が減り、ソリッドステートに切り替える目的の一部が損なわれてしまいました。

そして、製造規模も忘れてはいけません。現在、ほとんどの全固体電池は少量ずつ製造されています。月に 100 個のバッテリーが必要なドローン オペレーターは、配達まで 6 ～ 8 週間かかる場合がありますが、リチウムイオン バッテリーは即日在庫があります。工場が全固体電池をリチウムイオンと同じくらい早く（そして安価に）生産できるようになるまでは、最大手のチームを除いて採用は遅れるだろう。

固体電解質自体に関しても、「万能」というものはありません。セラミックは導電性に優れています。イオンを速く移動させるため、電力が増加します。しかし、これまで見てきたように、脆いのです。ポリマーは柔軟性があるため、振動にうまく対処できますが、室温では速度が遅くなります。ゆっくりと移動する農業用ドローンには問題ありませんが、高速配送ドローンには適していません。硫化物はその中間であり、導電性と柔軟性に優れていますが、湿気に反応します。フロリダ州の沿岸ドローン操縦者は、硫化物ベースのバッテリーに防水ケースを追加する必要があり、重量が増加したと語った。適切な電解質の選択は、ドローンの動作と飛行場所に完全に依存します。

ただし、ここに良いニュースがあります。これまでに述べたすべての課題は、一度に 1 つのテストで解決されつつあります。 EHang のフライトはまぐれではありませんでした。これは、メーカーがソリッドステートをドローンに合わせて調整する方法を模索していることの表れです。パナソニックの急速充電バッテリーは単なるプロトタイプではなく、一部の顧客向けに出荷され始めています。そして、ソリッドステートを要求する通信事業者が増えるにつれて、コストは低下します。

現在ドローンビジネスを経営している人にとって、問題はソリッドステートが「いつ」それを引き継ぐかではなく、「いつ、どのように準備するか」だ。小規模から始めてください。最も需要の高いドローン (配達や捜索救助など) でいくつかの固体バッテリーをテストし、時間の節約と交換を追跡します。カスタム ソリューションについてはバッテリーのサプライヤーに相談してください。特定の使用例に合わせて電解質を微調整してくれるメーカーも少なくありません。

ソリッドステートはまだ完璧ではありませんが、長時間の飛行、安全な運航、ダウンタイムの短縮など、最も重要な点ですでにリチウムイオンよりも優れています。そして、ねじれが解消されるにつれて？私たちは、ドローンが単に「仕事を成し遂げる」だけでなく、これまでよりも速く、より安く、より多くの場所でそれを行う未来を見据えています。

どの固体電池がドローンに適しているかについて興味がある場合、またはクライアントと実施したテストについて詳しく知りたい場合は、お気軽にお問い合わせください。これは単なる技術的な話ではなく、ドローンの運用をより効率的に行うための話です。