Zakaj je gostota energije pomembnas na trgu dronov/UAV
Eksponentna rast industrije dronov je močno odvisna od napredka v tehnologiji baterij. Izjemno-visoka gostota energije postaja ključni dejavnik pri zagotavljanju daljših letov in bolj vsestranskih aplikacij.
Večja energijska gostota pomeni, da lahko droni letijo dlje in nosijo večjo težo. Ta zmožnost je ključnega pomena za razširitev uporabe brezpilotnih letal izven fotografije na transport, nadzor in spremljanje okolja.
Prednosti za komercialne drones & Vpliv na okolje
Komercialni brezpilotni letalniki, zlasti tisti, ki se uporabljajo pri dostavi paketov in industrijskih pregledih, imajo izjemno korist od baterij z visoko energijsko gostoto. Z enim polnjenjem lahko prevozijo daljše razdalje, zaradi česar so učinkovitejši in stroškovno -učinkovitejši.
Baterije z visoko energijsko gostoto so tudi bolj okolju prijazne. Trajajo dlje in zmanjšajo pogostost menjave baterij, kar zmanjšuje okoljski odtis delovanja dronov.
Kakšna je gostota energije baterije?
Gostota energije je količina energije, shranjene v enoti prostora ali enoti mase snovi. Energijska gostota baterije je količina električne energije, ki jo sprosti povprečna prostorninska enota ali masa baterije, ki je na splošno razdeljena na dve dimenziji: energijska gostota teže in prostorninska energijska gostota.
Energijsko gostoto teže akumulatorja je mogoče preprosto izračunati s to formulo: Nazivna napetost (V) * Nazivna zmogljivost (Ah) / Teža akumulatorja (kg)=specifična energija ali energijska gostota (Wh/kg).
Energijska gostota različnih vrst akumulatorskih baterij je naslednja:
Energijska gostota svinčeve baterije se giblje med 50-70 Wh/kg;
Energijska gostota nikelj-kadmijeve baterije se giblje med 50–80 Wh/kg;
Energijska gostota nikelj-metal-hidridne baterije se giblje med 60–140 Wh/kg;
Energijska gostota litij-ionske baterije se giblje med 150–300 Wh/kg;
Svinčeve-kislinske baterije imajo nizko energijsko gostoto. Če se z njimi vozi družinski avto več kot 200 km, potrebuje skoraj 1 tono baterij, kar je pretežko, da bi se uporabilo kot vir energije za električna vozila. Drugi razlog je, da je Pb strupen, okolju prijazen in da je cikel delovanja svinčenih-kislinskih baterij slab. Medtem ko je energijska gostota litij-ionskih baterij približno 150~300 Wh/kg, kar je veliko več kot pri svinčenih{10}}kislinskih baterijah, enako velja za zmogljivost cikla, zato so litij{11}}ionske baterije najboljša izbira za razvoj novih energetskih električnih vozil.
Trenutno sta na trgu dve glavni tehnični poti za litijeve baterije z visoko-energijsko-gostoto: varčne baterije LiFePO4 in baterije srednjega{3}}do-visokega-razreda litij-nikelj-mangan-kobalt-oksid (NMC).
V letu 2015 so bile LiFePO4 baterije glavni tok na trgu. Takrat je bila energijska gostota večine LiFePO4 baterijskih sistemov na trgu okrog 70-90Wh/kg, medtem ko je bila energijska gostota NMC baterij precej višja in je dosegla 130Wh/kg. Da bi hitro odprli trg osebnih avtomobilov, ki je občutljiv na doseg vožnje, je kitajska vlada leta 2016 najprej predlagala, da se energijska gostota baterije vzame kot referenčni indikator v novi politiki subvencioniranja energetskih vozil. Višja kot je energijska gostota, več je subvencij. Tržna struktura baterij LiFePO4 in baterij NMC se je začela spreminjati, velika avtomobilska podjetja pa so začela v velikem obsegu zamenjati baterije NMC. Od junija 2019, z umikom subvencij in visokimi proizvodnimi stroški litijevih baterij NMC, so LiFePO4 baterije ponovno postale glavna energetska rešitev na trgu. Da bi se prilagodili razvoju trga, so vsi veliki proizvajalci baterij začeli dvovrstično strategijo LiFePO4 + NMC. Zdaj je baterija LiFePO4 dosegla energijsko gostoto 210 Wh/kg.
Kakšna mejaizdtheenergijska gostota litij-polimernih baterij?
Obstajajo štirje ključni deli litijeve baterije: anoda, katoda, elektroda in diafragma, ki vsi vplivajo na energijsko gostoto baterije. In elektrode so mesta, kjer potekajo kemične reakcije. Ključ do izboljšanja energijske gostote baterij je razvoj novih materialov za elektrode in izboljšanje proizvodnih procesov.
Iz zgoraj navedenega lahko vemo, da se energijska gostota litijevih baterij, sestavljenih iz LiFeO4 in ternarnega materiala Ni Co Mn, zelo razlikujeta. Različna razmerja Ni, Co in Mn v trikomponentnih materialih bodo povzročila tudi razlike v zmogljivosti baterije. Višji kot je delež Ni, večja je specifična kapaciteta baterije. Baterije s pozitivnim katodnim sistemom z visoko vsebnostjo Ni, ki se trenutno promovirajo, imajo masno energijsko gostoto med 240–300 Wh/kg (volumenska energijska gostota 560 Wh/L–650 Wh/L).
Glavni anodni material na trgu litijevih baterij je predvsem grafit (material na osnovi-ogljika), vendar je trenutno shranjevanje energije materialov na osnovi-ogljika blizu teoretične zgornje meje. Specifična zmogljivost anodnih materialov na osnovi -silicija lahko doseže 4200 mAh/g, kar je veliko več od teoretične specifične zmogljivosti grafitnih anod, ki znaša 372 mAh/g. Z uvedbo silicijeve ogljikove anode bo masna energijska gostota baterijske celice nadgrajena na 300-400 Wh/kg (volumenska energijska gostota 630 Wh/L-750 Wh/L), s čimer bo postala močan nadomestek za grafitno anodo.
Zaključek
Prihodnost je videti obetavna s potencialno integracijo tehnologij, ki bi lahko dodatno povečala energijsko gostoto baterij za drone. Izjemno-visoka gostota energije v baterijah za brezpilotna letala ni le tehnična izboljšava, ampak tudi sprememba preobrazbe, ki bo poganjala naslednjo generacijo brezpilotnih letal. Ko bo ta tehnologija napredovala, bo odklenila nove možnosti in na novo opredelila, kaj so droni sposobni doseči. Bodimo pripravljeni na prihod nove generacije v bližnji prihodnosti!
