Miért számít az energiasűrűség?s a Drone/UAV piacon
A drónipar exponenciális növekedése jelentősen függ az akkumulátortechnológia fejlődésétől. Az ultra-nagy energiasűrűség kritikus tényezővé válik a hosszabb repülések és a sokoldalúbb alkalmazások energiaellátásában.
A nagyobb energiasűrűség azt jelenti, hogy a drónok tovább repülhetnek és nagyobb súlyt hordozhatnak. Ez a képesség kulcsfontosságú a drónok fotózáson túli felhasználásának kiterjesztéséhez, beleértve a szállítást, a megfigyelést és a környezeti megfigyelést.
A kereskedelmi drónok előnyeis & Környezeti hatás
A kereskedelmi drónok, különösen a csomagkézbesítéshez és az ipari ellenőrzésekhez használt drónok, rendkívüli hasznot húznak a nagy energiasűrűségű akkumulátorokból. Nagyobb távolságokat tesznek meg egyetlen feltöltéssel, így hatékonyabbak és költséghatékonyabbak{1}}.
A nagy energiasűrűségű akkumulátorok környezetbarátabbak is. Hosszabb élettartamúak és csökkentik az akkumulátorcserék gyakoriságát, csökkentve a drónok üzemeltetésének környezeti lábnyomát.
Mi az akkumulátor energiasűrűsége?
Az energiasűrűség azt jelenti, hogy mennyi energia tárolódik egységnyi térben vagy egységnyi anyagtömegben. Az akkumulátor energiasűrűsége az, hogy mennyi az akkumulátor átlagos egységnyi térfogata vagy tömege által felszabaduló elektromos energia, amely általában két dimenzióra oszlik: tömegenergia-sűrűségre és térfogati energiasűrűségre.
Az akkumulátor tömegének energiasűrűsége egyszerűen kiszámítható a következő képlettel: Névleges feszültség (V) * Névleges kapacitás (Ah) / Az akkumulátor tömege (kg)=fajlagos energia vagy energiasűrűség (Wh/kg).
A különböző típusú újratölthető akkumulátorok energiasűrűsége a következő:
Az ólom-savas akkumulátor energiasűrűsége 50-70 Wh/kg között van;
A nikkel{0}}kadmium akkumulátor energiasűrűsége 50-80 Wh/kg között van;
A nikkel{0}}fémhidrid akkumulátor energiasűrűsége 60-140 Wh/kg között van;
A lítium{0}}ion akkumulátor energiasűrűsége 150-300 Wh/kg között van;
Az ólom-savas akkumulátorok energiasűrűsége alacsony. Ha 200 km-nél tovább vezetik őket egy családi autóval, akkor ahhoz közel 1 tonna akkumulátorra van szükség, ami túl nehéz ahhoz, hogy elektromos járművek áramforrásaként használhassák. Egy másik ok az, hogy a Pb mérgező, nem környezetbarát, és az ólom--savas akkumulátorok ciklusteljesítménye gyenge. Míg a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége körülbelül 150–300 Wh/kg, ami jóval magasabb, mint az ólom-savas akkumulátoroké, a ciklusteljesítményhez hasonlóan, így a lítium-ion akkumulátorok a legjobb választás az új energiafelhasználású elektromos járművek fejlesztéséhez.
Jelenleg két fő műszaki út létezik a piacon a nagy-energiájú-sűrűségű lítium-akkumulátorok számára: gazdaságos LiFePO4-akkumulátorok és közepes-–-magas-kategóriás lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC) akkumulátorok.
2015-ben a LiFePO4 akkumulátorok voltak a piac fő áramlatai. Akkoriban a legtöbb piacon lévő LiFePO4 akkumulátorrendszer energiasűrűsége 70-90Wh/kg körül volt, míg az NMC akkumulátorok energiasűrűsége jóval magasabb volt, elérte a 130Wh/kg-ot. A hatótávolságra érzékeny személygépkocsi-piac gyors megnyitása érdekében a kínai kormány először azt javasolta, hogy 2016-ban az új energetikai járművek támogatási politikájában az akkumulátor energiasűrűségét vegyék referenciamutatónak. Minél nagyobb az energiasűrűség, annál több a támogatás. A LiFePO4 akkumulátorok és az NMC akkumulátorok piaci szerkezete megváltozott, és a nagy autógyártók megkezdték az NMC akkumulátorok nagyarányú cseréjét. 2019 júniusa óta a támogatások visszavonásával és az NMC lítium akkumulátorok magas gyártási költségével a LiFePO4 akkumulátorok ismét a piac fő energiamegoldásává váltak. A piaci fejlődéshez való alkalmazkodás érdekében minden nagy akkumulátorgyártó elindította a LiFePO4 + NMC kétvonalas stratégiáját. A LiFePO4 akkumulátor most elérte a 210 Wh/kg energiasűrűséget.
Milyen határszerkalítium polimer akkumulátorok energiasűrűsége?
A lítium akkumulátornak négy kulcsfontosságú része van: anód, katód, elektróda és membrán, amelyek mindegyike befolyásolja az akkumulátor energiasűrűségét. Az elektródák pedig azok a helyek, ahol kémiai reakciók mennek végbe. Az akkumulátorok energiasűrűségének javításának kulcsa az új elektródák kifejlesztése és a gyártási folyamatok javítása.
A fentiekből tudhatjuk, hogy a LiFeO4-ből és a Ni Co Mn hármas anyagból álló lítium akkumulátorok energiasűrűsége nagyon eltérő. A háromkomponensű anyagokban lévő Ni, Co és Mn eltérő aránya szintén különbségeket okoz az akkumulátor teljesítményében. Minél nagyobb a Ni aránya, annál nagyobb az akkumulátor fajlagos kapacitása. A jelenleg népszerűsített, nagy Ni-pozitív katódrendszerű akkumulátorok tömeges energiasűrűsége 240-300 Wh/kg (térfogati energiasűrűség 560Wh/L-650Wh/L).
A lítium akkumulátorok piacán a főbb anódanyag főként grafit (szén{0}}alapú anyag), de a szén-alapú anyagok jelenlegi energiatárolása közel van az elméleti felső határhoz. A szilícium-alapú anódanyagok fajlagos kapacitása elérheti a 4200 mAh/g értéket, ami sokkal magasabb, mint a grafit anódok elméleti 372 mAh/g fajlagos kapacitása. A szilícium-szén anód bevezetésével az akkumulátorcella tömegenergia-sűrűsége 300-400Wh/kg-ra nő (a térfogati energiasűrűség 630Wh/L-750Wh/L), így a grafitos anód hatékony helyettesítője lesz.
Következtetés
A jövő ígéretesnek tűnik a technológiák lehetséges integrációjával, amely tovább növelheti a drón akkumulátorok energiasűrűségét. A drón akkumulátorok ultra-nagy energiasűrűsége nem csupán technikai fejlesztés, hanem átalakulás is, amely a drónok következő generációját fogja meghajtani. Ahogy ez a technológia fejlődik, új lehetőségeket nyit meg, és újradefiniálja, hogy a drónok mire képesek. Készüljünk fel arra, hogy a közeljövőben új generáció érkezik!
