Зашто је густина енергије битнас на тржишту дрона/УАВ
Експоненцијални раст индустрије дронова у великој мери зависи од напретка у технологији батерија. Ултра-висока густина енергије постаје критичан фактор у покретању дужих летова и разноврснијих апликација.
Већа густина енергије значи да дронови могу дуже летети и носити већу тежину. Ова способност је кључна за проширење употребе дронова изван фотографије, укључујући транспорт, надзор и праћење животне средине.
Предности комерцијалног дронаs & Утицај на животну средину
Комерцијални дронови, посебно они који се користе у испоруци пакета и индустријским инспекцијама, имају огромне користи од батерија велике густине енергије. Могу да путују на веће удаљености са једним пуњењем, што их чини ефикаснијим и исплативијим{1}}.
Батерије велике густине енергије су такође еколошки прихватљивије. Они трају дуже и смањују учесталост замене батерија, смањујући еколошки отисак операција дронова.
Која је густина енергије батерије?
Густина енергије је количина енергије ускладиштена у јединици простора или јединичној маси материје. Густина енергије батерије је колика је електрична енергија коју ослобађа просечна јединица запремине или масе батерије, која се генерално дели на две димензије: густина енергије тежине и густина запреминске енергије.
Густина енергије тежине батерије може се једноставно израчунати са овом формулом: Називни напон (В) * Називни капацитет (Ах) / Тежина батерије (кг)=специфична енергија или густина енергије (Вх/кг).
Густина енергије различитих типова пуњивих батерија је следећа:
Густина енергије оловне батерије креће се између 50-70 Вх/кг;
Густина енергије никл{0}}кадмијум батерија се креће између 50-80 Вх/кг;
Густина енергије никл{0}}метал-хидридних батерија креће се између 60-140 Вх/кг;
Густина енергије литијум{0}јонске батерије креће се између 150-300 Вх/кг;
Оловне{0}}киселинске батерије имају ниску густину енергије. Ако се користе за вожњу породичним аутомобилом више од 200 км, потребна је скоро 1 тона батерија, што је претешко да би се користило као извор напајања за електрична возила. Други разлог је тај што је Пб токсичан, није еколошки прихватљив, а перформансе циклуса оловних-киселинских батерија су лоше. Док је густина енергије литијум{7}}јонских батерија око 150~300Вх/кг, што је много више од оне код оловних{10}}киселинских батерија, као и перформансе циклуса, тако да су литијум{11}јонске батерије најбољи избор за развој нових енергетских електричних возила.
Тренутно на тржишту постоје два главна техничка правца за литијумске батерије-енергетске-густине: економичне ЛиФеПО4 батерије и средње-до-високе- батерије литијум-никл-манган-кобалт оксида (НМЦ).
У 2015. години, ЛиФеПО4 батерије су биле главни ток тржишта. У то време, густина енергије већине ЛиФеПО4 батеријских система на тржишту била је око 70-90Вх/кг, док је густина енергије НМЦ батерија била много већа, достижући 130Вх/кг. Да би се брзо отворило тржиште путничких аутомобила које је осетљиво на домет вожње, кинеска влада је прво предложила да се густина енергије батерије узме као референтни индикатор у новој политици субвенционисања возила за енергију 2016. Што је већа густина енергије, то је више субвенција. Тржишна структура ЛиФеПО4 батерија и НМЦ батерија је почела да се мења, а велике аутомобилске компаније почеле су да замењују НМЦ батерије у великим размерама. Од јуна 2019. године, повлачењем субвенција и високим трошковима производње НМЦ литијумских батерија, ЛиФеПО4 батерије су се вратиле као главно енергетско решење на тржишту. Да би се прилагодили развоју тржишта, сви велики произвођачи батерија су започели дволинијску стратегију ЛиФеПО{15}} НМЦ-а. Сада је ЛиФеПО4 батерија достигла густину енергије од 210Вх/кг.
Каква границаедтхегустина енергије литијум-полимерских батерија?
Постоје четири кључна дела литијумске батерије: анода, катода, електрода и дијафрагма, који сви утичу на густину енергије батерије. А електроде су места где се дешавају хемијске реакције. Кључ за побољшање густине енергије батерија је развој нових материјала за електроде и побољшање производних процеса.
Из горе наведеног можемо знати да се густина енергије литијумских батерија састављених од ЛиФеО4 и тернарног материјала Ни Цо Мн веома разликује. Различити односи Ни, Цо и Мн у тернарним материјалима ће такође узроковати разлике у перформансама батерије. Што је већи удео Ни, то је већи специфични капацитет батерије. Батерије са високим Ни позитивним катодним системом које се тренутно промовишу имају густину масене енергије између 240-300Вх/кг (густина енергије запремине 560Вх/Л-650Вх/Л).
Главни анодни материјал на тржишту литијумских батерија је углавном графит (материјал на бази угљеника-), али тренутно складиштење енергије материјала на бази угљеника- је близу теоријске горње границе. Специфични капацитет анодних материјала на бази силицијума{3}} може да достигне 4200 мАх/г, што је много више од теоретског специфичног капацитета графитних анода од 372 мАх/г. Са увођењем силицијумске угљеничне аноде, густина масе батерије ћелије ће бити надограђена на 300-400Вх/кг (запреминска густина енергије 630Вх/Л-750Вх/Л), чиме ће постати моћна замена за графитну аноду.
Закључак
Будућност изгледа обећавајуће са потенцијалном интеграцијом технологија, које би могле додатно повећати густину енергије батерија за дронове. Ултра-висока густина енергије у батеријама дронова није само техничко побољшање већ и промена трансформације која ће покретати следећу генерацију дронова. Како ова технологија буде напредовала, она ће откључати нове могућности и редефинисати шта су дронови способни да постигну. Будимо спремни за скори долазак нове генерације!
