Tak dochodzimy do Pegasusa, czyli dwusilnikowego drona o rozpiętości skrzydeł wynoszącej około 5 metrów. Maszyna ta została opracowana wspólnie przez australijskie V-TOL Aerospace, Li-S Energy oraz Halocell Energy i teraz zaliczyła serię testów w Queensland, a najważniejszy z nich trwał prawie dwie godziny. W tym czasie Pegasus pokonał ponad 75 kilometrów i wylądował z energią pozostającą jeszcze w akumulatorze. Najważniejsze jest jednak źródło tej energii.
Pięć metrów rozpiętości i ponad 75 kilometrów lotu
W dronie Pegasus znalazł się pojedynczy pakiet litowo-siarkowy Li-S Energy o pojemności energetycznej 382 Wh oraz specjalnie przygotowany system zarządzania akumulatorem. Na powierzchni samolotu zostały również umieszczone lekkie perowskitowe ogniwa fotowoltaiczne Halocell, więc tutaj akurat określenia “lot na jednym akumulatorze” nie należy rozumieć jako całkowitego odcięcia od energii słonecznej. Elektronika podczas lotu zasilała dwa silniki i systemy pokładowe, a jednocześnie była przygotowana do zarządzania energią dostarczaną przez panele fotowoltaiczne.
Czytaj też: Drony wymusiły przebudowę rakiety od środka. W USA zacznie “oddychać” powietrzem
Cały projekt otrzymał ponad 1,35 mln dolarów australijskich wsparcia z programu Emerging Aviation Technology Partnership. Celem nie było jednak zbudowanie efektownego demonstratora tylko po to, żeby pobić rekord, lecz sprawdzenie technologii, która w przyszłości mogłaby trafić do rzeczywistych zastosowań lotniczych. Na tym tle sam dystans nie robi jeszcze wielkiego wrażenia. Istnieją przecież drony spalinowe i duże platformy bezzałogowe, które potrafią pozostawać w powietrzu przez wiele godzin. Nawet same akumulatory litowo-siarkowe nie debiutują właśnie teraz, bo pisałem już o litowo-siarkowym akumulatorze Lyten, który pozwolił dronowi latać przez ponad trzy godziny.
Jednak znacznie ciekawsze jest to, co wydarzyło się wewnątrz Pegasusa.
Li-S Energy podaje, że wykorzystane ogniwa ważyły około 1,1 kg i mieściły 382 Wh energii. Daje to około 347 Wh/kg na poziomie samych ogniw. Dla porównania wskazany przez firmę profesjonalny pakiet LiPo Tattu przechowuje 355 Wh przy masie około 1,85 kg, czyli oferuje około 192 Wh/kg. Stąd właśnie bierze się deklaracja, według której zastosowanie Li-S może zwiększyć zasięg i czas lotu nawet o około 80 procent przy podobnej masie ogniw.
Tyle że warto uważać na ten procent. Nie jest to bezpośrednie porównanie dwóch kompletnych pakietów, bo dochodzi jeszcze masa systemu BMS, obudowy, przewodów oraz całej infrastruktury. Producent zakłada również stosunkowo proste przełożenie większej ilości energii na dłuższy czas lotu. Ważne jest jednak to, że pełnoprawny pakiet Li-S został wsadzony do dużego drona, współpracował z elektroniką, panelami słonecznymi oraz napędem i przez prawie dwie godziny wykonywał normalną pracę.
Właśnie tego tej technologii przez lata brakowało.
Li-S miały być przyszłością już dawno temu
Na papierze akumulatory litowo-siarkowe wyglądają wręcz idealnie. Ich teoretyczna energia właściwa może sięgać około 2500-2600 Wh/kg, czyli wielokrotnie więcej niż w obecnych ogniwach litowo-jonowych. Siarka jest dodatkowo tania i powszechnie dostępna, a cały system może ograniczać wykorzystanie takich materiałów jak nikiel czy kobalt. Trudność z ich stosowaniem na masową skalę zaczyna się wtedy, gdy trzeba stworzyć z takich ogniw trwały, przewidywalny i bezpieczny pakiet.
Czytaj też: Przez dekady robiliśmy to inaczej. Mały ZPOD może zmienić silniki wojskowych dronów
Podczas pracy zachodzą bowiem procesy prowadzące do degradacji elektrod, spadku pojemności oraz ograniczonej żywotności kolejnych cykli. Właśnie dlatego akumulatory litowo-siarkowe od lat imponują parametrami, ale ciągle wymagają rozwiązania problemów materiałowych. Sama firma Li-S Energy próbuje walczyć z tym między innymi za pomocą własnych nanomateriałów i konstrukcji elektrod. Prezentowała wcześniej ogniwa o gęstości energii sięgającej 456 Wh/kg po cyklach formujących, ale nawet świetna liczba na poziomie pojedynczego ogniwa nie rozwiązuje automatycznie wszystkich problemów gotowego pakietu.
Drony mogą dostać Li-S wcześniej niż samochody
Mam wrażenie, że właśnie tutaj znajduje się najbardziej prawdopodobna droga tej technologii na rynek. Nowy typ akumulatora nie musi od razu trafić do milionów samochodów, smartfonów czy laptopów, żeby odnieść sukces. W przypadku dronów i lotnictwa każdy kilogram ma ogromne znaczenie. Lżejszy akumulator może oznaczać dłuższy lot, większy udźwig albo dodatkowe wyposażenie. Operator takiego sprzętu może więc zaakceptować wyższą cenę, jeśli w zamian otrzyma realną przewagę operacyjną.
Pegasus został zresztą zaprojektowany tak, aby pomieścić dwa pakiety Li-S, a twórcy zakładają, że po wykorzystaniu obu oraz nowszych ogniw perowskitowych czas lotu może wzrosnąć do 5-8 godzin, a zasięg do około 250 kilometrów. W takim scenariuszu nie mówimy już o eksperymencie latającym przez chwilę nad lotniskiem. Taka maszyna mogłaby przez znaczną część dnia kontrolować linie energetyczne, rozległe gospodarstwa, lasy, prowadzić mapowanie terenu albo wykonywać zadania obserwacyjne.
Czytaj też: Dron wielkości Reapera ma latać obok myśliwców. Lockheed zbuduje pięć bezzałogowców stealth
Naturalnie 5-8 godzin pozostaje dziś prognozą, a nie potwierdzonym wynikiem. Nie znamy również trwałości pakietów podczas setek kolejnych lotów ani kosztów ich seryjnej produkcji. Li-S Energy zgłosiło jednak już dwa patenty związane z konstrukcją pakietu oraz systemem zarządzania energią, a dane z Pegasusa mają teraz posłużyć do przygotowania rozwiązań komercyjnych. Do zastąpienia obecnych akumulatorów jeszcze daleko. Jednak dystans między eksperymentalnym ogniwem a normalnie działającym urządzeniem robi się coraz mniejszy.
Źródła: Li-S Energy, Nature Communications
