Hvorfor energitetthet betyr noes i Drone/UAV-markedet
Den eksponentielle veksten i droneindustrien avhenger vesentlig av fremskritt innen batteriteknologi. Ultra-høy energitetthet er i ferd med å bli en kritisk faktor for lengre flyreiser og mer allsidige applikasjoner.
En høyere energitetthet betyr at droner kan fly lenger og bære mer vekt. Denne evnen er avgjørende for å utvide dronebruk utover fotografering til å inkludere transport, overvåking og miljøovervåking.
Fordeler for kommersiell drones & Miljøpåvirkning
Kommersielle droner, spesielt de som brukes i pakkelevering og industrielle inspeksjoner, drar enorm nytte av batterier med høy energitetthet. De kan reise lengre avstander på én enkelt lading, noe som gjør dem mer effektive og kostnadseffektive-.
Batterier med høy energitetthet er også mer miljøvennlige. De varer lenger og reduserer frekvensen av batteribytte, og reduserer miljøfotavtrykket til droneoperasjoner.
Hva er batteriets energitetthet?
Energitetthet er hvor mye energi som er lagret i enhetsrom eller masseenhet av materie. Energitettheten til et batteri er hvor mye den elektriske energien som frigjøres av gjennomsnittlig enhetsvolum eller masse til batteriet, som vanligvis er delt inn i to dimensjoner: vekt energitetthet og volum energitetthet.
Vektenergitettheten til batteriet kan enkelt beregnes med denne formelen: Nominell spenning (V) * Nominell kapasitet (Ah) / Batterivekt (kg)=spesifikk energi eller energitetthet (Wh/kg).
Energitettheten til forskjellige typer oppladbare batterier er som følger:
Energitettheten til blybatterier varierer mellom 50-70 Wh/kg;
Energitettheten til nikkel-kadmiumbatterier varierer mellom 50-80 Wh/kg;
Energitettheten til nikkel-metallhydridbatterier varierer mellom 60-140 Wh/kg;
Energitettheten til litium-ion-batterier varierer mellom 150-300 Wh/kg;
Bly-syrebatterier har lav energitetthet. Hvis de brukes til å kjøre en familiebil i mer enn 200 km, krever det nesten 1 tonn batterier, som er for tungt til å brukes som strømkilde for elektriske kjøretøy. En annen grunn er at Pb er giftig, ikke miljøvennlig, og syklusytelsen til bly-syrebatterier er dårlig. Mens energitettheten til litium-ionbatterier er omtrent 150~300Wh/kg, som er mye høyere enn for bly{10}}syrebatterier, på samme måte med syklusytelsen, så litium{11}ionbatterier er det beste valget for utvikling av nye energibiler.
For øyeblikket er det to hovedveier for høy-energi-tetthet litiumbatterier på markedet: økonomiske LiFePO4-batterier og middels-til-høy-litium-nikkel-mangan-koboltoksid-batterier (NMC).
I 2015 var LiFePO4-batterier hovedstrømmen på markedet. På den tiden var energitettheten til de fleste LiFePO4-batterisystemer på markedet rundt 70-90Wh/kg, mens energitettheten til NMC-batterier var mye høyere og nådde 130Wh/kg. For raskt å åpne personbilmarkedet som er følsomt for rekkevidde, foreslo den kinesiske regjeringen først å ta batteriets energitetthet som en referanseindikator i den nye subsidiepolitikken for energikjøretøyer i 2016. Jo høyere energitetthet, jo flere subsidier. Markedsstrukturen til LiFePO4-batterier og NMC-batterier begynte å endre seg, og store bilselskaper begynte å erstatte NMC-batterier i stor skala. Siden juni 2019, med tilbaketrekking av subsidier og de høye produksjonskostnadene for NMC litiumbatterier, har LiFePO4-batteriene returnert til å være den viktigste energiløsningen i markedet. For å tilpasse seg markedsutviklingen har alle store batteriprodusenter startet en tolinjestrategi av LiFePO4 + NMC. Nå har LiFePO4-batteriet nådd en energitetthet på 210Wh/kg.
Hvilken grenseutgdelitium polymer batterier energitetthet?
Det er fire nøkkeldeler av et litiumbatteri: anode, katode, elektrode og membran, som alle påvirker batteriets energitetthet. Og elektrodene er stedene hvor kjemiske reaksjoner oppstår. Nøkkelen til å forbedre energitettheten til batterier er å utvikle nye elektrodematerialer og forbedre produksjonsprosessene.
Fra ovenstående kan vi vite at energitettheten til litiumbatterier som består av LiFeO4 og det ternære materialet Ni Co Mn er svært forskjellige. Ulike forhold mellom Ni, Co og Mn i ternære materialer vil også forårsake forskjeller i batteriytelse. Jo høyere andel av Ni, desto høyere er den spesifikke kapasiteten til batteriet. Batteriene med høy Ni-positiv katodesystem som for tiden markedsføres, har en masseenergitetthet mellom 240-300Wh/kg (volumenergitetthet 560Wh/L-650Wh/L).
Det vanlige anodematerialet i litiumbatterimarkedet er hovedsakelig grafitt (karbon-basert materiale), men dagens energilagring av karbon-baserte materialer er nær den teoretiske øvre grensen. Den spesifikke kapasiteten til silisium-baserte anodematerialer kan nå 4200mAh/g, som er mye høyere enn den teoretiske spesifikke kapasiteten til grafittanoder på 372mAh/g. Med introduksjonen av silisiumkarbonanode vil masseenergitettheten til battericellen oppgraderes til 300-400Wh/kg (volumenergitetthet 630Wh/L-750Wh/L), og dermed bli en kraftig erstatning for grafittanode.
Konklusjon
Fremtiden ser lovende ut med potensiell integrering av teknologier, som kan øke energitettheten til dronebatterier ytterligere. Ultra-høy energitetthet i dronebatterier er ikke bare en teknisk forbedring, men også et transformasjonsskifte som vil drive neste generasjon droner. Etter hvert som denne teknologien utvikler seg, vil den låse opp nye muligheter og omdefinere hva droner er i stand til å oppnå. La oss være klare for en ny generasjon som snart kommer i nær fremtid!
