Baterías de estado sólido en drones: victorias, obstáculos y lo que sigue para los operadores

¿El resultado? Un vuelo continuo de 48 minutos y 10 segundos, algo que habría sido impensable con iones de litio hace apenas unos años. Para cualquiera en este espacio, eso no es sólo un número; es prueba de queestado sólidopuede solucionar dos de los mayores problemas de los operadores de drones: tiempos de vuelo cortos y preocupaciones de seguridad. Ese vuelo de prueba no solo batió un récord: demostró que los eVTOL (y los drones, en general) pronto podrían manejar misiones más largas y confiables sin tomar atajos en materia de seguridad.

Panasonic también intervino, con unbatería de estado sólidoconstruidos específicamente para drones más pequeños, y sus especificaciones son ideales para operadores ocupados. Imagínese cargar la batería de un dron del 10% al 80% en 3 minutos. Para un equipo de entrega que realiza más de 20 vuelos al día, eso reduce el tiempo de inactividad de 30 minutos (con iones de litio) a casi nada. ¿Aún mejor? Tiene una duración de 10.000 a 100.000 ciclos de carga a temperatura ambiente. Una empresa de construcción con la que trabajamos nos dijo que reemplazan las baterías de iones de litio cada 6 meses; esta opción de Panasonic podría durar más de 5 años. Esto supone un enorme ahorro de costes, pero también significa que menos baterías acaban en los vertederos, algo que los clientes preguntan cada vez más a medida que se inclinan por la sostenibilidad.

Pero esto es lo que no endulzamos para los clientes: el estado sólido todavía tiene obstáculos que superar antes de estar en cada dron. Hemos hablado con docenas de operadores de drones pequeños y medianos durante los últimos seis meses, y todas sus preocupaciones giran en torno a los mismos desafíos, que van más allá de las "buenas especificaciones en papel".

Tome el costo primero. Los materiales por sí solos son más caros: los electrolitos sólidos de estas baterías cuestan más que los líquidos de iones de litio, y ¿las máquinas necesarias para fabricarlas? No están disponibles en el mercado. Un nuevo fabricante de drones en Texas nos dijo que quería cambiar a dispositivos de estado sólido, pero que el costo inicial de reequipar la configuración de su batería habría consumido todo su presupuesto anual. Para grandes jugadores como EHang o Panasonic, eso es manejable, pero para la mayoría de los operadores, es una barrera en este momento.

Luego está el problema de la “estabilidad de la interfaz”, términos elegantes para un tema simple: el electrolito sólido y los electrodos de la batería deben permanecer en contacto firme y consistente para funcionar bien. Pero cada vez que la batería se carga y descarga, los electrodos se encogen y se expanden un poco. Con el tiempo, eso crea pequeños espacios y la batería pierde energía más rápido. Lo vimos de primera mano con una prueba de drones agrícolas la primavera pasada: después de 50 ciclos, el tiempo de vuelo de la batería de estado sólido se redujo en un 12%; no fue un factor decisivo, pero lo suficiente como para que el agricultor preguntara: "¿Esto empeorará?". En este momento, la respuesta es "tal vez", hasta que los fabricantes descubran materiales de electrodos más duraderos.

La fragilidad es otro dolor de cabeza, especialmente para los drones que vuelan en condiciones difíciles. La mayoría de los electrolitos sólidos a base de cerámica son resistentes, pero no flexibles. Un equipo de búsqueda y rescate en Colorado probó una batería de electrolito cerámico el invierno pasado; Durante un aterrizaje en terreno rocoso, la carcasa de la batería se agrietó (afortunadamente, no hubo fuego) y el dron se quedó sin energía. En ese caso, los iones de litio podrían filtrarse, pero normalmente siguen funcionando el tiempo suficiente para aterrizar de forma segura. Para los drones que manejan vibraciones (como escáneres de sitios de construcción) o aterrizajes bruscos (como drones de monitoreo de vida silvestre), esto es una gran preocupación.

Incluso las dendritas de litio (esas estructuras diminutas en forma de agujas que provocan cortocircuitos en las baterías de iones de litio) no han desaparecido por completo. Son más raros en estado sólido, pero los ingenieros de baterías nos han dicho que a altas velocidades de carga (como la carga de 3 minutos de Panasonic), aún se pueden formar dendritas. Es un riesgo menor, pero para los operadores que vuelan sobre áreas concurridas, “más pequeño” no siempre es “suficientemente bueno”.

El calor es otra sorpresa. El estado sólido es más seguro a altas temperaturas que el ion de litio, pero no disipa el calor tan bien. Un dron utilizado para tareas de alta potencia, como levantar cargas pesadas o volar a máxima velocidad durante mucho tiempo, puede acumular calor rápidamente. Trabajamos con un cliente de logística probando un dron de estado sólido para entregas de paquetes de 50 libras; Después de 25 minutos de vuelo, la batería se calentó lo suficiente como para que el software del dron lo obligara a aterrizar antes de tiempo. Tuvieron que agregar un disipador de calor liviano, lo que redujo la capacidad de carga útil, anulando parte del propósito de cambiar a estado sólido.

Y no olvidemos la escala de fabricación. Actualmente, la mayoría de las baterías de estado sólido se fabrican en pequeños lotes. Un operador de drones que necesita 100 baterías al mes podría esperar entre 6 y 8 semanas para recibirlas, mientras que las baterías de iones de litio están disponibles el mismo día. Hasta que las fábricas puedan producir baterías de estado sólido tan rápido (y barato) como las de iones de litio, la adopción seguirá siendo lenta para todos, excepto para los equipos más grandes.

Cuando se trata de electrolitos sólidos, tampoco existe una solución única. Las cerámicas son excelentes para la conductividad (permiten que los iones se muevan más rápido, lo que significa más potencia), pero son frágiles, como vimos. Los polímeros son flexibles, por lo que soportan mejor las vibraciones, pero son más lentos a temperatura ambiente: está bien para un dron agrícola de movimiento lento, pero malo para un dron de entrega rápida. Los sulfuros son el término medio: buena conductividad y flexibilidad, pero reaccionan a la humedad. Un operador de drones costeros en Florida nos dijo que tenían que agregar una carcasa impermeable a las baterías a base de sulfuro, lo que agregaba peso. La elección del electrolito adecuado depende completamente de lo que haga el dron y de hacia dónde vuele.

Sin embargo, estas son las buenas noticias: todos los desafíos que hemos mencionado se están resolviendo, una prueba a la vez. El vuelo de EHang no fue una casualidad; es una señal de que los fabricantes están descubriendo cómo adaptar el estado sólido a los drones. La batería de carga rápida de Panasonic no es sólo un prototipo: está empezando a distribuirse a clientes selectos. Y a medida que más operadores exijan dispositivos de estado sólido, los costos bajarán.

Para cualquiera que dirija un negocio de drones en este momento, la pregunta no es “si” el estado sólido tomará el control, sino “cuándo y cómo prepararse”. Comience poco a poco: pruebe algunas baterías de estado sólido con sus drones de mayor demanda (como entrega o búsqueda y rescate) y realice un seguimiento del ahorro de tiempo y reemplazos. Hable con su proveedor de baterías sobre soluciones personalizadas; muchos están dispuestos a modificar los electrolitos para su caso de uso específico.

El estado sólido aún no es perfecto, pero ya es mejor que el ion de litio en los aspectos más importantes: vuelos más largos, operaciones más seguras y menos tiempo de inactividad. ¿Y a medida que se solucionen los problemas? Estamos mirando a un futuro en el que los drones no sólo “hacen el trabajo”, sino que lo hacen más rápido, más barato y en más lugares que nunca.

Si tiene curiosidad sobre qué batería de estado sólido es adecuada para sus drones o desea saber más sobre las pruebas que hemos realizado con clientes, escríbanos. Esto no es sólo una charla técnica: se trata de hacer que sus operaciones con drones trabajen más para usted.