Графит держал батареи за горло 30 лет — дроны не летали дольше получаса. Кремний пробил потолок: час полёта в −5 °C

Канадская NEO Battery Materials показала на полевых испытаниях, что батарея с кремниевым анодом способна почти удвоить время полёта коммерческого дрона без переделки самого аппарата. Компания из Ванкувера сравнила свой комплект NBM Drone Cell с массовой китайской батареей и получила 98% прирост средней продолжительности полёта: с 29,9 до 59,2 минуты при одинаковых режимах работы.

Тест проводили не на лабораторном стенде, а на серийном разведывательном дроне, который выпускает корейский производитель. Испытания делали несколько раз, на высоте около 70 футов и в холодную погоду: от −3 до −5 °C. Для аккумуляторов это важная деталь, потому что на морозе химические процессы замедляются, внутреннее сопротивление растёт, а полезная ёмкость обычно падает. Тем интереснее, что прирост в таких условиях оказался настолько крупным.

Главная идея NEO в том, чтобы усилить анод кремнием. В обычных литий-ионных аккумуляторах анод чаще всего графитовый. Кремний умеет удерживать больше лития, чем графит, поэтому потенциально даёт более высокую удельную энергию: больше ватт-часов на килограмм. При этом у кремния есть известная головная боль: при зарядке он сильно расширяется и сжимается, из-за чего анод может быстрее деградировать. Компании, которые делают кремниевые аноды, обычно пытаются обуздать именно эту механику материалами и конструкцией электродов, чтобы получить выгоду в энергии без ускоренного износа.

В пресс-релизе NEO связывает прибавку по времени полёта именно с кремниевой структурой анода. В характеристиках на уровне аккумуляторного блока компания указывает 755 ватт-часов общей ёмкости и 260 ватт-часов на килограмм по удельной энергии. Для сравнения: в этом же сообщении говорится, что это на 55% больше по ёмкости и на 29% больше по удельной энергии, чем у китайской батареи, выбранной как эталон.

Чтобы цифры не оставались «на бумаге», важны два практических параметра: насколько батарея способна отдавать ток и как ведёт себя напряжение под нагрузкой. Дрону, по сути, всё равно, сколько ватт-часов записано в паспорте, если при разгоне моторов напряжение проседает и электроника уходит в защиту. NEO подчёркивает, что их батарейный блок сохранил тот же C-rate и тот же токовый выход, что и китайский эталон. C-rate — это удобная шкала, показывающая, с какой скоростью аккумулятор заряжается или разряжается относительно своей ёмкости. Если разряд быстрее, чем батарея любит, напряжение сильнее проваливается, растёт нагрев и риск отказа. Здесь заявлено, что по скорости отдачи энергии батарея осталась сопоставимой, поэтому дрону не потребовались изменения в силовой установке или системе управления.

Если напряжение падает плавно и предсказуемо, аппарат проще удерживать в безопасном диапазоне и меньше шанс внезапного обрыва питания, который для дрона часто заканчивается падением. В сообщении NEO говорится, что более стабильный профиль напряжения помог поддерживать работу на низком напряжении и снизил риск резкого отключения. Корейский производитель дрона, со слов компании, отметил, что результат превзошёл внутренние ожидания по тому, что может дать тонкая настройка батареи под конкретный продукт.

Вторая заявленная прибавка касается зарядки. NEO пишет о росте скорости зарядки на 50%: с 0,2 до 0,31 ампер-часа в минуту. Ещё один режим, который компания называет сверхбыстрым, якобы позволяет подняться до 0,5 ампер-часа в минуту, то есть до 150% выигрыша относительно исходного показателя. Важно понимать, что скорость зарядки в реальной жизни упирается не только в химию, но и в ограничения по нагреву и безопасность, поэтому такие режимы обычно требуют аккуратного управления и защиты на уровне электроники.

Кроме абсолютных минут, NEO приводит показатели эффективности, которые помогают понять, не получилось ли так, что батарея просто стала тяжелее или что выигрыш достигнут за счёт компромиссов. В отчёте компании говорится, что отношение времени полёта к ёмкости выросло на 28%, а отношение времени полёта к массе — на 80%. Первый показатель в лоб отвечает на вопрос, насколько полезно расходуется каждый ампер-час, второй — насколько выгодна батарея по минутам на каждый килограмм, что для летательных аппаратов зачастую важнее любой другой метрики.

На фоне рынка в заявлении отдельно звучит геополитический подтекст. Компания прямо указывает на доминирование Китая в цепочке поставок батарей для дронов и подаёт полевую проверку как аргумент в пользу не китайской альтернативы для беспилотных систем. Дальше речь уже про переход от демонстрации к коммерциализации: NEO пишет, что будет дорабатывать программную часть системы управления батареей (BMS) и материалы аккумуляторного блока для лучшей теплоотдачи и общей эффективности, а затем ускорит оценки у производителей в США и странах НАТО.