Kāpēc enerģijas blīvumam ir nozīmes dronu/UAV tirgū
Dronu nozares eksponenciālā izaugsme lielā mērā ir atkarīga no akumulatoru tehnoloģiju sasniegumiem. Īpaši-augsts enerģijas blīvums kļūst par būtisku faktoru ilgāku lidojumu un daudzpusīgāku lietojumu nodrošināšanai.
Lielāks enerģijas blīvums nozīmē, ka droni var lidot ilgāk un pārvadāt lielāku svaru. Šī iespēja ir ļoti svarīga, lai paplašinātu dronu izmantošanu ārpus fotografēšanas, iekļaujot transportu, uzraudzību un vides uzraudzību.
Komerciālo dronu priekšrocībass & Ietekme uz vidi
Komerciālie bezpilota lidaparāti, īpaši tie, ko izmanto paku piegādē un rūpnieciskajās pārbaudēs, gūst milzīgu labumu no augsta enerģijas blīvuma akumulatoriem. Tie var nobraukt lielākus attālumus ar vienu uzlādi, padarot tos efektīvākus un rentablākus{1}}.
Augsta enerģijas blīvuma akumulatori ir arī videi draudzīgāki. Tie kalpo ilgāk un samazina bateriju nomaiņas biežumu, samazinot dronu darbību ietekmi uz vidi.
Kāds ir akumulatora enerģijas blīvums?
Enerģijas blīvums ir enerģijas daudzums, kas uzkrāts telpas vienībā vai vielas masas vienībā. Akumulatora enerģijas blīvums ir elektroenerģijas daudzums, ko atbrīvo akumulatora vidējā tilpuma vai masas vienības, kas parasti ir sadalīta divās dimensijās: svara enerģijas blīvums un tilpuma enerģijas blīvums.
Akumulatora svara enerģijas blīvumu var vienkārši aprēķināt, izmantojot šo formulu: Nominālais spriegums (V) * Nominālā ietilpība (Ah) / Akumulatora svars (kg)=īpatnējā enerģija vai enerģijas blīvums (Wh/kg).
Dažādu veidu uzlādējamo bateriju enerģijas blīvums ir šāds:
Svina skābes akumulatora enerģijas blīvums ir robežās no 50-70 Wh/kg;
Niķeļa{0}}kadmija akumulatora enerģijas blīvums ir robežās no 50 līdz 80 Wh/kg;
Niķeļa{0}}metāla hidrīda akumulatora enerģijas blīvums ir robežās no 60 līdz 140 Wh/kg;
Litija{0}}jonu akumulatora enerģijas blīvums ir robežās no 150 līdz 300 Wh/kg;
Svina-skābes akumulatoriem ir zems enerģijas blīvums. Ja tie tiek izmantoti, lai brauktu ar ģimenes automašīnu vairāk nekā 200 km, tam ir nepieciešama gandrīz 1 tonna akumulatoru, kas ir pārāk smags, lai to izmantotu kā elektrisko transportlīdzekļu enerģijas avotu. Vēl viens iemesls ir tas, ka Pb ir toksisks, nav videi draudzīgs, un svina -skābes akumulatoru cikla veiktspēja ir slikta. Tā kā litija -jonu akumulatoru enerģijas blīvums ir aptuveni 150–300 Wh/kg, kas ir daudz augstāks nekā svina-skābes akumulatoriem, tāpat kā cikla veiktspēja, tāpēc litija{11}}jonu akumulatori ir labākā izvēle jaunu enerģijas elektrisko transportlīdzekļu izstrādei.
Pašlaik tirgū ir divi galvenie tehniskie ceļi augsta{0}}enerģijas-blīvuma litija akumulatoriem: ekonomiskas LiFePO4 baterijas un vidējas-līdz-augstas-litija niķeļa-mangāna kobalta oksīda (NMC) baterijas.
2015. gadā LiFePO4 akumulatori bija galvenā tirgus daļa. Tolaik vairumam tirgū pieejamo LiFePO4 akumulatoru sistēmu enerģijas blīvums bija aptuveni 70-90Wh/kg, savukārt NMC akumulatoru enerģijas blīvums bija daudz lielāks, sasniedzot 130Wh/kg. Lai ātri atvērtu vieglo automobiļu tirgu, kas ir jutīgs pret braukšanas attālumu, Ķīnas valdība vispirms ierosināja 2016. gadā jaunajā enerģijas transportlīdzekļu subsīdiju politikā izmantot akumulatora enerģijas blīvumu kā atsauces rādītāju. Jo lielāks enerģijas blīvums, jo vairāk subsīdiju. LiFePO4 akumulatoru un NMC akumulatoru tirgus struktūra sāka mainīties, un lielākie automašīnu uzņēmumi sāka masveidā nomainīt NMC akumulatorus. Kopš 2019. gada jūnija līdz ar subsīdiju atcelšanu un augstajām NMC litija akumulatoru ražošanas izmaksām LiFePO4 akumulatori ir atgriezušies kā galvenais enerģijas risinājums tirgū. Lai pielāgotos tirgus attīstībai, visi lielie akumulatoru ražotāji ir uzsākuši divu līniju LiFePO4 + NMC stratēģiju. Tagad LiFePO4 akumulators ir sasniedzis enerģijas blīvumu 210Wh/kg.
Kāds limitseduzlitija polimēru akumulatoru enerģijas blīvums?
Litija akumulatoram ir četras galvenās daļas: anods, katods, elektrods un diafragma, kas visas ietekmē akumulatora enerģijas blīvumu. Un elektrodi ir vietas, kur notiek ķīmiskas reakcijas. Galvenais, lai uzlabotu akumulatoru enerģijas blīvumu, ir jaunu elektrodu materiālu izstrāde un ražošanas procesu uzlabošana.
No iepriekš minētā mēs varam zināt, ka litija bateriju, kas sastāv no LiFeO4 un trīskāršā materiāla Ni Co Mn, enerģijas blīvums ir ļoti atšķirīgs. Dažādas Ni, Co un Mn attiecības trīskāršos materiālos arī radīs atšķirības akumulatora veiktspējā. Jo lielāks Ni īpatsvars, jo lielāka ir akumulatora īpatnējā ietilpība. Pašlaik reklamēto augstas Ni pozitīvā katoda sistēmu akumulatoru masas enerģijas blīvums ir no 240 līdz 300 Wh/kg (apjoma enerģijas blīvums 560 Wh/L-650 Wh/L).
Litija akumulatoru tirgū galvenais anoda materiāls ir galvenokārt grafīts (oglekļa-materiāls), taču pašreizējā oglekļa-materiālu enerģijas uzkrāšana ir tuvu teorētiskajai augšējai robežai. Anodu materiālu, kuru pamatā ir silīcijs{3}}, īpatnējā jauda var sasniegt 4200 mAh/g, kas ir daudz augstāka nekā grafīta anodu teorētiskā īpatnējā kapacitāte 372 mAh/g. Ieviešot silīcija oglekļa anodu, akumulatora elementa masas enerģijas blīvums tiks paaugstināts līdz 300-400Wh/kg (tilpuma enerģijas blīvums 630Wh/L-750Wh/L), tādējādi kļūstot par spēcīgu grafīta anoda aizstājēju.
Secinājums
Nākotne izskatās daudzsološa, ņemot vērā iespējamo tehnoloģiju integrāciju, kas varētu vēl vairāk palielināt dronu bateriju enerģijas blīvumu. Īpaši-augsts enerģijas blīvums dronu akumulatoros ir ne tikai tehnisks uzlabojums, bet arī transformācijas maiņa, kas nodrošinās nākamās paaudzes dronus. Attīstoties šai tehnoloģijai, tā atvērs jaunas iespējas un no jauna definēs to, ko droni spēj sasniegt. Būsim gatavi jaunās paaudzes nākšanai tuvākajā nākotnē!
