Zašto je gustoća energije važnas na tržištu dronova/UAV-a
Eksponencijalni rast industrije dronova značajno ovisi o napretku u tehnologiji baterija. Ultra-visoka gustoća energije postaje ključni čimbenik u pokretanju dužih letova i svestranijih aplikacija.
Veća gustoća energije znači da dronovi mogu letjeti duže i nositi veću težinu. Ova je sposobnost ključna za proširenje upotrebe dronova izvan fotografije na prijevoz, nadzor i praćenje okoliša.
Prednosti za komercijalne drones & Utjecaj na okoliš
Komercijalni dronovi, posebno oni koji se koriste za dostavu paketa i industrijske inspekcije, imaju neizmjernu korist od baterija visoke gustoće energije. Mogu prijeći veće udaljenosti s jednim punjenjem, što ih čini učinkovitijima i -isplativijima.
Baterije visoke gustoće energije također su ekološki prihvatljivije. Dulje traju i smanjuju učestalost zamjene baterija, smanjujući ekološki otisak rada dronova.
Kolika je gustoća energije baterije?
Gustoća energije je koliko je energije pohranjeno u jedinici prostora ili jedinici mase materije. Gustoća energije baterije je količina električne energije koju oslobađa prosječna jedinica volumena ili mase baterije, koja se općenito dijeli na dvije dimenzije: težinsku gustoću energije i volumensku gustoću energije.
Gustoća energije baterije može se jednostavno izračunati ovom formulom: Nazivni napon (V) * Nazivni kapacitet (Ah) / Težina baterije (kg)=specifična energija ili gustoća energije (Wh/kg).
Gustoća energije različitih vrsta punjivih baterija je sljedeća:
Gustoća energije olovne baterije kreće se između 50-70 Wh/kg;
Gustoća energije nikl-kadmijeve baterije kreće se između 50-80 Wh/kg;
Gustoća energije nikl-metal-hidridne baterije kreće se između 60-140 Wh/kg;
Gustoća energije litij-ionske baterije kreće se između 150-300 Wh/kg;
Olovne-kisele baterije imaju nisku gustoću energije. Ako se koriste za vožnju obiteljskog automobila više od 200 km, potrebna je gotovo 1 tona baterija, što je preteško da bi se koristilo kao izvor energije za električna vozila. Drugi razlog je to što je Pb otrovan, nije ekološki prihvatljiv, a učinak ciklusa olovnih-kiselih baterija je loš. Dok je gustoća energije litij-ionskih baterija oko 150~300Wh/kg, što je mnogo više od gustoće olovnih-kiselih baterija, kao i s performansama ciklusa, tako da su litij-ionske baterije najbolji izbor za razvoj novih energetskih električnih vozila.
Trenutačno postoje dva glavna tehnička pravca za litijeve baterije visoke-energetske-gustoće na tržištu: štedljive LiFePO4 baterije i srednje{3}}do-visoke-baterije litij nikal mangan kobalt oksid (NMC).
U 2015. LiFePO4 baterije bile su glavni dio tržišta. U to je vrijeme gustoća energije većine LiFePO4 baterijskih sustava na tržištu bila oko 70-90Wh/kg, dok je gustoća energije NMC baterija bila mnogo veća, dosežući 130Wh/kg. Kako bi se brzo otvorilo tržište osobnih automobila koje je osjetljivo na domet vožnje, kineska vlada je prvo predložila da se gustoća energije baterije uzme kao referentni pokazatelj u novoj politici subvencioniranja energetskih vozila 2016. Što je veća gustoća energije, to je više subvencija. Tržišna struktura LiFePO4 baterija i NMC baterija počela se mijenjati, a velike automobilske tvrtke počele su masovno zamjenjivati NMC baterije. Od lipnja 2019., s povlačenjem subvencija i visokim troškovima proizvodnje NMC litijevih baterija, LiFePO4 baterije su se vratile kao glavno energetsko rješenje na tržištu. Kako bi se prilagodili razvoju tržišta, svi veliki proizvođači baterija započeli su dvolinijsku strategiju LiFePO4 + NMC. Sada je LiFePO4 baterija dosegla gustoću energije od 210Wh/kg.
Koja granicaizdthegustoća energije litij polimernih baterija?
Postoje četiri ključna dijela litijske baterije: anoda, katoda, elektroda i dijafragma, koji svi utječu na gustoću energije baterije. A elektrode su mjesta gdje se odvijaju kemijske reakcije. Ključ za poboljšanje gustoće energije baterija je razvoj novih materijala za elektrode i poboljšanje proizvodnih procesa.
Iz gore navedenog možemo znati da se gustoća energije litijevih baterija sastavljenih od LiFeO4 i ternarnog materijala Ni Co Mn vrlo razlikuje. Različiti omjeri Ni, Co i Mn u ternarnim materijalima također će uzrokovati razlike u performansama baterije. Što je veći udio Ni, to je veći specifični kapacitet baterije. Baterije sustava s visokom Ni pozitivnom katodom koje se trenutno promoviraju imaju gustoću masene energije između 240-300 Wh/kg (volumenska gustoća energije 560 Wh/L-650Wh/L).
Glavni anodni materijal na tržištu litijevih baterija uglavnom je grafit (materijal na bazi ugljika), ali trenutačno skladištenje energije materijala na bazi ugljika blizu je teorijske gornje granice. Specifični kapacitet anodnih materijala-na bazi silicija može doseći 4200 mAh/g, što je puno više od teorijskog specifičnog kapaciteta grafitnih anoda od 372 mAh/g. Uvođenjem silicijske ugljične anode, gustoća masene energije baterije će se povećati na 300-400Wh/kg (volumenska gustoća energije 630Wh/L-750Wh/L), čime će postati moćna zamjena za grafitnu anodu.
Zaključak
Budućnost izgleda obećavajuće s potencijalnom integracijom tehnologija, što bi moglo dodatno povećati energetsku gustoću baterija dronova. Ultra-visoka gustoća energije u baterijama bespilotnih letjelica nije samo tehničko poboljšanje već i transformacijski pomak koji će pokretati sljedeću generaciju bespilotnih letjelica. Kako ova tehnologija napreduje, otključat će nove mogućnosti i redefinirati ono što dronovi mogu postići. Budimo spremni za skori dolazak nove generacije u bliskoj budućnosti!
