Hvers vegna orkuþéttleiki skiptir mális á Drone / UAV markaðnum
Vöxtur vöxtur drónaiðnaðarins byggist verulega á framförum í rafhlöðutækni. Ofur-orkuþéttleiki er að verða mikilvægur þáttur í að knýja lengra flug og fjölhæfari forrit.
Hærri orkuþéttleiki þýðir að drónar geta flogið lengur og borið meiri þunga. Þessi hæfileiki er mikilvægur til að auka notkun dróna umfram ljósmyndun til að fela í sér flutninga, eftirlit og umhverfisvöktun.
Kostir fyrir viðskiptadrónas & Umhverfisáhrif
Viðskiptadrónar, sérstaklega þeir sem notaðir eru við afhendingu pakka og iðnaðarskoðanir, njóta gríðarlega góðs af rafhlöðum með mikilli orkuþéttleika. Þeir geta ferðast lengri vegalengdir á einni hleðslu, sem gerir þá skilvirkari og -hagkvæmari.
Rafhlöður með mikla orkuþéttleika eru líka umhverfisvænni. Þeir endast lengur og draga úr tíðni rafhlöðuskipta, sem minnkar umhverfisfótspor drónaaðgerða.
Hver er orkuþéttleiki rafhlöðunnar?
Orkuþéttleiki er hversu mikil orka er geymd í rúmeiningu eða massaeiningu efnis. Orkuþéttleiki rafhlöðu er hversu mikil raforka losnar af meðalrúmmáli eða massa rafhlöðunnar, sem er almennt skipt í tvær víddir: þyngdarorkuþéttleika og rúmmálsorkuþéttleika.
Einfaldlega er hægt að reikna út þyngdarorkuþéttleika rafhlöðunnar með þessari formúlu: Nafnspenna (V) * Málgeta (Ah) / Rafhlöðuþyngd (kg)=ákveðin orka eða orkuþéttleiki (Wh/kg).
Orkuþéttleiki mismunandi gerðir af endurhlaðanlegum rafhlöðum er sem hér segir:
Orkuþéttleiki blýsýru rafhlöðunnar er á bilinu 50-70 Wh/kg;
Orkuþéttleiki nikkel-kadmíum rafhlöðu er á bilinu 50-80 Wh/kg;
Orkuþéttleiki nikkel-málmhýdríð rafhlöðunnar er á bilinu 60-140 Wh/kg;
Orkuþéttleiki litíum-jónarafhlöðunnar er á bilinu 150-300 Wh/kg;
Blý-sýrurafhlöður hafa litla orkuþéttleika. Ef þeir eru notaðir til að keyra fjölskyldubíl í meira en 200 km, þarf næstum 1 tonn af rafhlöðum, sem er of þungt til að nota sem aflgjafa fyrir rafbíla. Önnur ástæða er sú að Pb er eitrað, ekki umhverfisvænt og afköst blý-sýrurafhlaðna eru léleg. Þar sem orkuþéttleiki litíum-jónarafhlöður er um 150~300Wh/kg, sem er mun hærra en blý-sýrurafhlöður, sömuleiðis með afköstum hringrásarinnar, þannig að litíum-jónarafhlöður eru besti kosturinn fyrir þróun nýrra orku rafbíla.
Eins og er, eru tvær helstu tæknilegar leiðir fyrir há-orku-þéttleika litíum rafhlöður á markaðnum: Hagkvæmar LiFePO4 rafhlöður og meðal-til-háar-litíum nikkel mangan kóbaltoxíð (NMC) rafhlöður.
Árið 2015 voru LiFePO4 rafhlöður meginstraumur markaðarins. Á þeim tíma var orkuþéttleiki flestra LiFePO4 rafhlöðukerfa á markaðnum um 70-90Wh/kg, en orkuþéttleiki NMC rafhlaðna var mun meiri og náði 130Wh/kg. Til þess að opna fljótt markaðinn fyrir fólksbíla sem er viðkvæmur fyrir akstursdrægni, lögðu kínversk stjórnvöld fyrst til að taka orkuþéttleika rafhlöðunnar sem viðmiðunarvísitölu í nýrri niðurgreiðslustefnu orkubíla árið 2016. Því meiri orkuþéttleiki, því meiri styrkir. Markaðsuppbygging LiFePO4 rafhlöður og NMC rafhlöður tók að breytast og stór bílafyrirtæki fóru að skipta um NMC rafhlöður í stórum stíl. Síðan í júní 2019, með afturköllun niðurgreiðslna og háum framleiðslukostnaði NMC litíum rafhlöður, hafa LiFePO4 rafhlöðurnar aftur verið aðal orkulausnin á markaðnum. Til að laga sig að markaðsþróun hafa allir stórir rafhlöðuframleiðendur hafið tveggja lína stefnu LiFePO4 + NMC. Nú hefur LiFePO4 rafhlaðan náð orkuþéttleika upp á 210Wh/kg.
Hvaða takmörkútgthelitíum fjölliða rafhlöður orkuþéttleiki?
Það eru fjórir lykilhlutar í litíum rafhlöðu: rafskaut, bakskaut, rafskaut og þind, sem allir hafa áhrif á orkuþéttleika rafhlöðunnar. Og rafskautin eru staðirnir þar sem efnahvörf eiga sér stað. Lykillinn að því að bæta orkuþéttleika rafgeyma er að þróa ný rafskautsefni og bæta framleiðsluferli.
Af ofangreindu getum við vitað að orkuþéttleiki litíum rafhlaðna sem samanstendur af LiFeO4 og þrískiptu efninu Ni Co Mn eru mjög mismunandi. Mismunandi hlutföll Ni, Co og Mn í þrískipt efni munu einnig valda mun á afköstum rafhlöðunnar. Því hærra sem hlutfall af Ni er, því meiri sértæka getu rafhlöðunnar. Rafhlöður með jákvætt niðri bakskautkerfi sem nú eru kynntar hafa massaorkuþéttleika á bilinu 240-300Wh/kg (rúmmálsorkuþéttleiki 560Wh/L-650Wh/L).
Almennt rafskautaefnið á litíum rafhlöðumarkaði er aðallega grafít (kolefni-undirstaða), en núverandi orkugeymsla kolefnis-undirstaða er nálægt fræðilegum efri mörkum. Sérstök afkastageta kísil-forskautaefna getur náð 4200mAh/g, sem er mun hærra en fræðileg sérhæfð grafítskauta sem er 372mAh/g. Með tilkomu kísilkolefnisskautsins verður massaorkuþéttleiki rafhlöðunnar uppfærður í 300-400Wh/kg (rúmmálsorkuþéttleiki 630Wh/L-750Wh/L) og verður þannig öflugur staðgengill grafítskauts.
Niðurstaða
Framtíðin lítur góðu út með hugsanlegri samþættingu tækni, sem gæti aukið orkuþéttleika dróna rafhlöður enn frekar. Ofur-orkuþéttleiki í drónarafhlöðum er ekki bara tæknileg framför heldur einnig umbreytingarbreyting sem mun knýja næstu kynslóð dróna. Eftir því sem þessari tækni fleygir fram mun hún opna nýja möguleika og endurskilgreina hvað drónar geta náð. Við skulum vera tilbúin fyrir nýja kynslóð sem kemur í náinni framtíð fljótlega!
