Дрон с полетом в 5 раз дольше?: Литий-серные батареи делают это возможным уже в ближайшее время

Дроны и аппараты вертикального взлета и посадки (eVTOL-аппараты) уже давно стали неотъемлемой частью современных технологий, активно внедряясь в различные отрасли — от логистики до спасательных операций. Однако одно из ограничений, с которым сталкиваются эти устройства, — это продолжительность полета. Несмотря на достижения в области технологий аккумуляторов, нынешние литий-ионные батареи ограничены в плане емкости и дальности полета. Однако это скоро изменится. В последние несколько лет наблюдается бурное развитие новых типов аккумуляторов, в том числе литий-серных, которые должны радикально изменить картину.

Представьте себе, как изменится мир дронов, если устройства, подобные DJI Mavic Air, Mini и Neo, смогут летать не привычные полчаса или 50 минут, а целые часы без необходимости замены батарей. Эти дроны смогут преодолевать огромные расстояния, достигая 60-100 километров, открывая невиданные доселе возможности. Развитие аккумуляторных технологий, таких как литий-серные батареи, сулит именно такие перспективы. Это настоящий прорыв, который способен перевернуть представление о применении беспилотников и еVTOL-аппаратов в самых разных областях: от коммерческой доставки до спасательных операций и перевозки пассажиров.

Совсем скоро такие инновации станут реальностью, а компании, подобные DJI, несомненно, внедрят их в свои устройства, чтобы еще больше укрепить свои позиции лидеров рынка. Прорывы последних лет свидетельствуют о том, что эта революция в области дронов находится буквально на пороге.

Что такое литий-серные аккумуляторы?

Литий-серные аккумуляторы — это новое поколение батарей, которое используется в качестве альтернативы традиционным литий-ионным аккумуляторам. Серный катод в таких аккумуляторах обладает значительным преимуществом по сравнению с традиционным кобальтовым, который используется в литий-ионных батареях. Это связано с тем, что сероорганические соединения обладают гораздо большей теоретической емкостью, что позволяет создавать более мощные аккумуляторы с меньшим размером и весом.Одним из главных преимуществ литий-серных аккумуляторов является их высокая энергия на единицу массы, что делает их идеальными для применения в авиации, в том числе для дронов и аппаратов вертикального взлета и посадки. Эти батареи могут хранить значительно больше энергии, чем литий-ионные, что означает, что устройства смогут работать дольше и на больших расстояниях.

Ключевые характеристики литий-серных аккумуляторов

1. Высокая плотность энергии: Литий-серные аккумуляторы могут обеспечивать плотность энергии в два-три раза выше, чем традиционные литий-ионные. Это означает, что дрон сможет летать значительно дольше на одном заряде, что будет особенно важно для коммерческих моделей, используемых в доставке, мониторинге и сельском хозяйстве.

2. Легкость и компактность: Благодаря меньшему весу литий-серные аккумуляторы могут существенно снизить общий вес аппарата, что, в свою очередь, улучшит маневренность и эффективность полета.

3. Быстрая зарядка: Литий-серные батареи обладают возможностью более быстрой зарядки по сравнению с традиционными литий-ионными батареями. Это существенно увеличивает оперативность в использовании аппаратов, так как время на зарядку сокращается, а это критически важно в ряде отраслей, например, в спасательных или доставочных операциях.

4. Долговечность: Литий-серные аккумуляторы обещают более долгий срок службы. Это связано с их устойчивостью к деградации, характерной для литий-ионных аккумуляторов. Литий-серные батареи меньше теряют свою емкость после большого числа циклов зарядки и разрядки, что снижает затраты на замену аккумуляторов в долгосрочной перспективе.

5. Экологичность: Одним из преимуществ литий-серных батарей является их экологичность. Сероорганические компоненты, используемые в производстве, намного менее токсичны и легче перерабатываемы по сравнению с кобальтом, который используется в литий-ионных аккумуляторах.

6. Меньшее выделение тепла: Литий-серные аккумуляторы генерируют меньше тепла при зарядке и разрядке, что улучшает общую безопасность и эффективность работы аппарата.

Преимущества для дронов и eVTOL-аппаратов

Литий-серные аккумуляторы могут оказать революционное влияние на развитие дронов, особенно в контексте высокоэффективных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки (eVTOL-аппаратов). Эти устройства, которые уже начинают внедряться в коммерческую сферу, требуют аккумуляторов с высокой плотностью энергии, чтобы обеспечить длительные полеты и большие расстояния без необходимости частых подзарядок.

В частности, дроны DJI, которые уже лидируют на рынке с такими моделями, как Matrice 300 RTK и Mavic 3, могут использовать литий-серные аккумуляторы для расширения диапазона полета. Литий-серные батареи могут значительно увеличить время автономной работы этих аппаратов, что откроет новые горизонты для использования в таких отраслях, как логистика, сельское хозяйство и мониторинг окружающей среды.

Кроме того, для eVTOL-аппаратов, таких как будущие аэротакси и грузовые аппараты вертикального взлета и посадки, литий-серные аккумуляторы представляют собой идеальное решение для обеспечения более долгих и эффективных полетов, что критически важно для коммерциализации этого типа транспорта.

Прогнозы на будущее

С учетом всех преимуществ литий-серных аккумуляторов, можно ожидать, что в ближайшие несколько лет они станут стандартом для дронов и других летательных аппаратов. Развитие технологий, в том числе в области синтеза серы и оптимизации электродных материалов, делает литий-серные аккумуляторы всё более доступными для массового производства. Уже сейчас несколько крупных компаний, включая стартапы и исследовательские институты, заявляют о успехах в этой области. На данный момент остаются вопросы по совершенствованию стабильности этих батарей, но новые разработки и испытания показывают, что они могут быть внедрены в ближайшем будущем.

События последнего года, подтверждающие прогресс

За последний год несколько событий стали важными в контексте разработки литий-серных аккумуляторов и их применения в дронах и eVTOL-аппаратах:

1. Новое поколение литий-серных батарей от американского стартапа Lyten 

Американский стартап Lyten представил литий-серные батареи нового поколения, которые должны произвести революцию в энергетической отрасли. Эти батареи, разработанные в первую очередь для военных дронов, весят вдвое меньше литий-ионных аналогов, и имеют вдвое большую плотность энергии. Партнером Lyten стала компания Aevex Aerospace, специализирующаяся на производстве дронов для оборонной промышленности. Первые поставки батарей для военных дронов запланированы на конец 2024 года, а в будущем они найдут применение в электромобилях, смартфонах и ноутбуках.

Чтобы поддержать развитие технологий, Lyten инвестирует более 1 миллиарда долларов в строительство первой в мире гигафабрики литий-серных аккумуляторов в Рино, штат Невада. Завод, площадь которого составит 125 акров, сможет производить до 10 гигаватт батарей ежегодно. Первая очередь заработает уже в 2027 году, обеспечив сотни рабочих мест.

Литий-серные батареи могут стать ключевым элементом в снижении зависимости США от китайских поставщиков. Это особенно важно в свете закона, запрещающего закупки китайских батарей для нужд Пентагона после 2027 года. Кроме того, компания активно сотрудничает с автопроизводителями, включая Stellantis, и крупным американским производителем электроники, чтобы ускорить коммерциализацию своей технологии.

Эти батареи должны значительно продлить время работы устройств, ускорить зарядку и сделать их экологически безопаснее.

Конкуренция в этой области растёт: разрабатываются альтернативы на основе полупроводниковых и кремниевых технологий. Однако запуск гигафабрики укрепляет лидерство Lyten в этой перспективной области, создавая базу для масштабного внедрения инноваций.

2. Прорыв в литий-серных батареях от Австралийской Li-S Energy

Австралийская компания Li-S Energy объявила о значительном улучшении своей технологии литий-серных батарей, с последней версией, которая достигает плотности энергии почти 500 Втч/кг. Эти результаты были достигнуты с использованием полноразмерных ячеек 10 Ач, которые показали плотность энергии 498 Втч/кг на первом разряде и 456 Втч/кг после циклирования.

Эти батареи используют третье поколение полутвердотельной литий-серной технологии, которая значительно превосходит литий-ионные батареи как по удельной, так и по объемной плотности энергии. Li-S Energy нацелена на внедрение своей технологии в активно развивающиеся сферы, включая беспилотные аппараты, оборонную промышленность и электрическую авиацию, где ключевое значение имеет вес аккумуляторов.

Уже ведется сотрудничество с разработчиками дронов и другими партнерами для внедрения новых батарей в соответствующие отрасли.

3. Китай не отстает: прорывы в разработке литий-серных аккумуляторов

Китайская компания General New Energy (GNE) сделала значительный шаг в области литий-серных аккумуляторов, представив прототип с плотностью энергии 700 Втч/кг. Таким образом, Китай также активно развивает альтернативные аккумуляторные технологии, что в сочетании с американскими и австралийскими усилиями в этой области, создает конкуренцию на мировом рынке и дает надежду на более экологичные и эффективные источники энергии в ближайшем будущем.

Перспективы литий-серных аккумуляторов в мире дронов и летательных аппаратов вертикального взлета и посадки — это не что-то отдаленное, а ближайшее будущее, которое уже сейчас меняет представление о возможностях беспилотных летательных аппаратах. Преимущества этих аккумуляторов — высокая плотность энергии, легкость, долговечность и экологичность — открывают огромные возможности для расширения сфер применения дронов, включая более долгие и дальние полеты. В ближайшие годы мы увидим, как литий-серные аккумуляторы станут стандартом в индустрии, обеспечив новые уровни эффективности и расширение возможностей для дронов и eVTOL-аппаратов.