Baterias de estado sólido em drones: vitórias, obstáculos e o que vem por aí para os operadores

O resultado? Um voo contínuo de 48 minutos e 10 segundos – algo que seria impensável com íons de lítio há apenas alguns anos. Para qualquer pessoa na área, isso não é apenas um número; é a prova de queestado sólidopode resolver dois dos maiores problemas dos operadores de drones: tempos de voo curtos e preocupações com segurança. Esse voo de teste não apenas quebrou um recorde – mas também mostrou que os eVTOLs (e os drones, em geral) poderão em breve realizar missões mais longas e mais confiáveis, sem reduzir a segurança.

A Panasonic também entrou na cena, com umbateria de estado sólidoconstruído especificamente para drones menores - e suas especificações são ideais para operadores ocupados. Imagine carregar a bateria de um drone de 10% a 80% em 3 minutos. Para uma equipe de entrega que realiza mais de 20 voos por dia, isso reduz o tempo de inatividade de 30 minutos (com íons de lítio) para quase nada. Melhor ainda? Dura de 10.000 a 100.000 ciclos de carga em temperatura ambiente. Uma empresa de construção com a qual trabalhamos nos disse que substituem as baterias de íon de lítio a cada 6 meses – esta opção da Panasonic pode durar mais de 5 anos. Isso representa uma enorme economia de custos, mas também significa que menos baterias vão parar em aterros sanitários – algo que os clientes estão cada vez mais questionando à medida que buscam a sustentabilidade.

Mas aqui está o que não adoçamos para os clientes: o estado sólido ainda tem obstáculos a serem superados antes de chegar a todos os drones. Conversamos com dezenas de operadores de drones de pequeno e médio porte nos últimos seis meses, e todas as suas preocupações giram em torno dos mesmos desafios – desafios que vão além das “boas especificações no papel”.

Considere o custo primeiro. Os materiais por si só são mais caros: os eletrólitos sólidos nessas baterias custam mais do que os líquidos de íons de lítio, e as máquinas necessárias para fabricá-los? Eles não estão prontos para uso. Um fabricante iniciante de drones no Texas nos disse que queria mudar para o estado sólido, mas o custo inicial de reequipar a configuração da bateria consumiria todo o seu orçamento anual. Para grandes players como EHang ou Panasonic, isso é administrável – mas para a maioria das operadoras, é uma barreira no momento.

Depois, há o problema da “estabilidade da interface” – termos sofisticados para um problema simples: o eletrólito sólido e os eletrodos da bateria precisam permanecer em contato firme e consistente para funcionarem bem. Mas cada vez que a bateria é carregada e descarregada, os eletrodos encolhem e expandem um pouco. Com o tempo, isso cria pequenas lacunas e a bateria perde energia mais rapidamente. Vimos isso em primeira mão com um teste de drone agrícola na primavera passada: após 50 ciclos, o tempo de voo da bateria de estado sólido caiu 12% – o que não é um problema, mas o suficiente para que o agricultor perguntasse: “Isso vai piorar?” No momento, a resposta é “talvez”, até que os fabricantes descubram materiais de eletrodo mais duráveis.

A fragilidade é outra dor de cabeça, especialmente para drones que voam em condições difíceis. A maioria dos eletrólitos sólidos à base de cerâmica são resistentes – mas não flexíveis. Uma equipe de busca e resgate no Colorado testou uma bateria de eletrólito cerâmico no inverno passado; durante um pouso em terreno rochoso, o invólucro da bateria quebrou (felizmente, sem fogo) e o drone perdeu energia. O íon de lítio pode vazar nesse cenário, mas geralmente continua funcionando por tempo suficiente para pousar com segurança. Para drones que lidam com vibrações (como scanners de canteiros de obras) ou pousos forçados (como drones de monitoramento de vida selvagem), esta é uma grande preocupação.

Mesmo os dendritos de lítio – aquelas estruturas minúsculas em forma de agulha que causam curto-circuito nas baterias de íons de lítio – não desapareceram completamente. Eles são mais raros no estado sólido, mas ouvimos dos engenheiros de bateria que em altas velocidades de carregamento (como a carga de 3 minutos da Panasonic), ainda podem se formar dendritos. É um risco menor, mas para operadores que sobrevoam áreas lotadas, “menor” nem sempre é “bom o suficiente”.

O calor é outra surpresa. O estado sólido é mais seguro em altas temperaturas do que o íon de lítio, mas também não dissipa o calor. Um drone usado para tarefas de alta potência – como levantar cargas pesadas ou voar em velocidade máxima por muito tempo – pode acumular calor rapidamente. Trabalhamos com um cliente de logística testando um drone de estado sólido para entregas de pacotes de 50 libras; após 25 minutos de vôo, a bateria esquentou o suficiente para que o software do drone o obrigasse a pousar mais cedo. Eles tiveram que adicionar um dissipador de calor leve, que reduziu a capacidade de carga útil – anulando parte do propósito de mudar para o estado sólido.

E não vamos esquecer a escala de fabricação. No momento, a maioria das baterias de estado sólido são fabricadas em pequenos lotes. Um operador de drone que precisa de 100 baterias por mês pode esperar de 6 a 8 semanas pela entrega, enquanto as baterias de íons de lítio ficam em estoque no mesmo dia. Até que as fábricas possam produzir baterias de estado sólido tão rapidamente (e baratas) quanto as de íon-lítio, a adoção permanecerá lenta para todos, exceto para as equipes maiores.

Quando se trata dos próprios eletrólitos sólidos, também não existe um “tamanho único”. As cerâmicas são ótimas para condutividade – elas permitem que os íons se movam rapidamente, o que significa mais energia – mas são frágeis, como vimos. Os polímeros são flexíveis, por isso lidam melhor com as vibrações, mas são mais lentos à temperatura ambiente – bom para um drone agrícola lento, mas ruim para um drone de entrega rápida. Os sulfetos são o meio termo: boa condutividade e flexibilidade, mas reagem à umidade. Um operador costeiro de drones na Flórida nos disse que precisava adicionar um invólucro à prova d'água às baterias à base de sulfeto, o que aumentava o peso. A escolha do eletrólito certo depende inteiramente do que o drone faz – e para onde voa.

Mas aqui estão as boas notícias: todos os desafios que mencionamos estão sendo resolvidos, um teste de cada vez. O voo de EHang não foi um acaso; é um sinal de que os fabricantes estão descobrindo como adaptar o estado sólido aos drones. A bateria de carregamento rápido da Panasonic não é apenas um protótipo – ela está começando a ser enviada para clientes selecionados. E à medida que mais operadores exigirem estado sólido, os custos cairão.

Para qualquer pessoa que esteja administrando um negócio de drones no momento, a questão não é “se” o estado sólido assumirá o controle – é “quando e como se preparar”. Comece aos poucos: teste algumas baterias de estado sólido com seus drones de maior demanda (como entrega ou busca e resgate) e acompanhe a economia de tempo e substituições. Converse com seu fornecedor de baterias sobre soluções personalizadas – muitos estão dispostos a ajustar os eletrólitos para seu caso de uso específico.

O estado sólido ainda não é perfeito, mas já é melhor que o íon de lítio nos aspectos mais importantes: voos mais longos, operações mais seguras e menos tempo de inatividade. E à medida que os problemas são resolvidos? Estamos olhando para um futuro onde os drones não apenas “fazem o trabalho” – eles o fazem de forma mais rápida, mais barata e em mais lugares do que nunca.

Se você estiver curioso para saber qual bateria de estado sólido faz sentido para seus drones ou quiser saber mais sobre os testes que realizamos com clientes, escreva para nós. Não se trata apenas de conversa sobre tecnologia – trata-se de fazer com que suas operações com drones trabalhem mais para você.