Защо енергийната плътност има значениена пазара за дронове/БЛА
Експоненциалният растеж на индустрията за дронове зависи значително от напредъка в технологията на батериите. Свръх-високата енергийна плътност се превръща в критичен фактор за осигуряване на по-дълги полети и по-разнообразни приложения.
По-високата енергийна плътност означава, че дроновете могат да летят по-дълго и да носят по-голяма тежест. Тази способност е от решаващо значение за разширяване на употребата на дронове извън фотографията, за да включва транспорт, наблюдение и мониторинг на околната среда.
Предимства за комерсиален дронs & Въздействие върху околната среда
Търговските дронове, особено тези, използвани при доставка на пакети и промишлени инспекции, се възползват изключително много от батериите с висока енергийна плътност. Те могат да пътуват на по-големи разстояния с едно зареждане, което ги прави по-ефективни и-рентабилни.
Батериите с висока енергийна плътност също са по-щадящи околната среда. Те издържат по-дълго и намаляват честотата на смяна на батериите, намалявайки отпечатъка върху околната среда от операциите с дрон.
Каква е енергийната плътност на батерията?
Енергийната плътност е колко енергия се съхранява в единица пространство или единица маса материя. Енергийната плътност на батерията е количеството електрическа енергия, освободена от средната единица обем или маса на батерията, която обикновено се разделя на две измерения: тегловна енергийна плътност и обемна енергийна плътност.
Енергийната плътност на теглото на батерията може просто да се изчисли с тази формула: Номинално напрежение (V) * Номинален капацитет (Ah) / Тегло на батерията (kg)=специфична енергия или енергийна плътност (Wh/kg).
Енергийната плътност на различните видове акумулаторни батерии е както следва:
Енергийната плътност на оловно-киселинната батерия варира между 50-70 Wh/kg;
Енергийната плътност на никел-кадмиевата батерия варира между 50-80 Wh/kg;
Енергийната плътност на никел-металната хидридна батерия варира между 60-140 Wh/kg;
Енергийната плътност на литиево-йонната батерия варира между 150-300 Wh/kg;
Оловно{0}}киселинните батерии имат ниска енергийна плътност. Ако се използват за шофиране на семеен автомобил за повече от 200 км, това изисква близо 1 тон батерии, което е твърде тежко, за да се използва като източник на енергия за електрически превозни средства. Друга причина е, че Pb е токсичен, не е щадящ околната среда и производителността на цикъла на оловно-киселинните батерии е лоша. Като има предвид, че енергийната плътност на литиево-йонните батерии е около 150~300Wh/kg, което е много по-високо от това на оловно-киселинните батерии, както и с производителността на цикъла, така че литиево-йонните батерии са най-добрият избор за разработването на нови енергийни електрически превозни средства.
Понастоящем има два основни технически маршрута за литиеви батерии с висока{0}}енергийна-плътност на пазара: икономични LiFePO4 батерии и среден{3}}до-висок-батерии литиево-никел-манган-кобалт-оксид (NMC).
През 2015 г. LiFePO4 батериите бяха основният поток на пазара. По това време енергийната плътност на повечето LiFePO4 батерийни системи на пазара беше около 70-90Wh/kg, докато енергийната плътност на NMC батериите беше много по-висока, достигайки 130Wh/kg. За да отвори бързо пазара на леки автомобили, който е чувствителен към пробега, китайското правителство първо предложи да вземе енергийната плътност на батерията като референтен показател в новата политика за субсидиране на енергийни превозни средства през 2016 г. Колкото по-висока е енергийната плътност, толкова повече субсидии. Пазарната структура на LiFePO4 батерии и NMC батерии започна да се променя и големите автомобилни компании започнаха да заменят NMC батериите в голям мащаб. От юни 2019 г., с оттеглянето на субсидиите и високите производствени разходи за NMC литиеви батерии, LiFePO4 батериите се върнаха като основното енергийно решение на пазара. За да се адаптират към развитието на пазара, всички големи производители на батерии започнаха двуредова стратегия на LiFePO4 + NMC. Сега LiFePO4 батерията е достигнала енергийна плътност от 210Wh/kg.
Какъв лимитиздналитиево-полимерни батерии енергийна плътност?
Има четири ключови части на литиевата батерия: анод, катод, електрод и диафрагма, които влияят върху енергийната плътност на батерията. А електродите са местата, където протичат химични реакции. Ключът към подобряване на енергийната плътност на батериите е разработването на нови материали за електроди и подобряването на производствените процеси.
От горното можем да разберем, че енергийната плътност на литиевите батерии, съставени от LiFeO4 и тройния материал Ni Co Mn, са много различни. Различните съотношения на Ni, Co и Mn в тройните материали също ще причинят разлики в производителността на батерията. Колкото по-висок е делът на Ni, толкова по-голям е специфичният капацитет на батерията. Системните батерии с положителен катод с високо съдържание на Ni, които в момента се рекламират, имат плътност на масата на енергия между 240-300Wh/kg (плътност на енергията по обем 560Wh/L-650Wh/L).
Основният аноден материал на пазара на литиеви батерии е главно графит (материал на базата на въглерод-), но текущото съхранение на енергия от материали на основата на въглерод-е близо до теоретичната горна граница. Специфичният капацитет на анодни материали на базата на силиций може да достигне 4200 mAh/g, което е много по-високо от теоретичния специфичен капацитет на графитните аноди от 372 mAh/g. С въвеждането на силициев въглероден анод, масовата енергийна плътност на акумулаторната клетка ще бъде подобрена до 300-400Wh/kg (обемна енергийна плътност 630Wh/L-750Wh/L), като по този начин ще се превърне в мощен заместител на графитен анод.
Заключение
Бъдещето изглежда обещаващо с потенциалното интегриране на технологии, което може допълнително да повиши енергийната плътност на батериите на дронове. Свръх-високата енергийна плътност в батериите на дронове е не само техническо подобрение, но и промяна на трансформацията, която ще захранва следващото поколение дронове. С напредването на тази технология тя ще отключи нови възможности и ще предефинира това, което дроновете са способни да постигнат. Нека бъдем готови за скорошното идване на ново поколение!
