Per què importa la densitat energèticas al mercat de drons/UAV
El creixement exponencial de la indústria dels drons depèn significativament dels avenços en la tecnologia de les bateries. La densitat d'energia ultra-s'està convertint en un factor crític per alimentar vols més llargs i aplicacions més versàtils.
Una densitat d'energia més alta significa que els drons poden volar més temps i portar més pes. Aquesta capacitat és crucial per ampliar els usos dels drons més enllà de la fotografia per incloure el transport, la vigilància i la vigilància ambiental.
Beneficis per a drons comercialss & Impacte ambiental
Els drons comercials, especialment els que s'utilitzen en el lliurament de paquets i les inspeccions industrials, es beneficien enormement de les bateries d'alta densitat d'energia. Poden recórrer distàncies més llargues amb una sola càrrega, cosa que els fa més efectius i rendibles-.
Les bateries d'alta densitat d'energia també són més respectuoses amb el medi ambient. Duren més i redueixen la freqüència de substitució de les bateries, disminuint la petjada ambiental de les operacions dels drons.
Quina és la densitat d'energia de la bateria?
La densitat d'energia és la quantitat d'energia emmagatzemada a la unitat d'espai o unitat de massa de matèria. La densitat d'energia d'una bateria és la quantitat d'energia elèctrica alliberada per la unitat mitjana de volum o massa de la bateria, que generalment es divideix en dues dimensions: densitat d'energia de pes i densitat d'energia de volum.
La densitat d'energia del pes de la bateria es pot calcular simplement amb aquesta fórmula: Tensió nominal (V) * Capacitat nominal (Ah) / Pes de la bateria (kg)=energia específica o densitat d'energia (Wh/kg).
La densitat d'energia dels diferents tipus de bateries recarregables és la següent:
La densitat d'energia de la bateria de plom-àcid oscil·la entre 50-70 Wh/kg;
La densitat d'energia de la bateria de níquel-cadmi oscil·la entre 50 i 80 Wh/kg;
La densitat energètica de la bateria de níquel-hidrur metàl·lic oscil·la entre 60 i 140 Wh/kg;
La densitat d'energia de la bateria d'ions de liti{0}}oscil·la entre 150 i 300 Wh/kg;
Les bateries de plom-àcid tenen una baixa densitat d'energia. Si s'utilitzen per conduir un cotxe familiar durant més de 200 km, es necessiten gairebé 1 tona de bateries, que són massa pesades per ser utilitzades com a font d'energia per als vehicles elèctrics. Un altre motiu és que el Pb és tòxic, no respectuós amb el medi ambient i el rendiment del cicle de les bateries de plom-àcid és baix. Mentre que, la densitat d'energia de les bateries d'ions de liti és d'uns 150 ~ 300 Wh/kg, que és molt superior a la de les bateries de plom-àcid, de la mateixa manera que el rendiment del cicle, les bateries d'ions de liti són la millor opció per al desenvolupament de vehicles elèctrics d'energia nova.
Actualment, hi ha dues vies tècniques principals al mercat per a bateries de liti d'alta -energia-densitat: bateries econòmiques LiFePO4 i bateries de gamma mitjana-{-alta{-de liti níquel manganès òxid de cobalt (NMC).
El 2015, les bateries LiFePO4 van ser el corrent principal del mercat. En aquell moment, la densitat d'energia de la majoria de sistemes de bateries LiFePO4 del mercat era d'uns 70-90Wh/kg, mentre que la densitat d'energia de les bateries NMC era molt més alta, arribant als 130Wh/kg. Per tal d'obrir ràpidament el mercat d'automòbils de turisme sensible a l'autonomia, el govern xinès va proposar primer prendre la densitat d'energia de les bateries com a indicador de referència en la nova política de subvencions als vehicles energètics el 2016. Com més gran sigui la densitat energètica, més subvencions. L'estructura del mercat de les bateries LiFePO4 i les bateries NMC va començar a canviar i les principals companyies automobilístiques van començar a substituir les bateries NMC a gran escala. Des del juny de 2019, amb la retirada de subvencions i l'elevat cost de producció de les bateries de liti NMC, les bateries LiFePO4 han tornat a ser la principal solució energètica del mercat. Per adaptar-se al desenvolupament del mercat, tots els grans fabricants de bateries han iniciat una estratègia de dues línies de LiFePO4 + NMC. Ara la bateria LiFePO4 ha arribat a una densitat d'energia de 210Wh/kg.
Quin límitedeldensitat d'energia de les bateries de polímer de liti?
Hi ha quatre parts clau d'una bateria de liti: ànode, càtode, elèctrode i diafragma, que afecten la densitat d'energia de la bateria. I els elèctrodes són els llocs on es produeixen reaccions químiques. La clau per millorar la densitat energètica de les bateries és desenvolupar nous materials d'elèctrodes i millorar els processos de producció.
A partir de l'anterior podem saber que la densitat d'energia de les bateries de liti compostes per LiFeO4 i el material ternari Ni Co Mn són molt diferents. Les diferents proporcions de Ni, Co i Mn en materials ternaris també provocaran diferències en el rendiment de la bateria. Com més gran sigui la proporció de Ni, més gran serà la capacitat específica de la bateria. Les bateries del sistema de càtode positiu d'alt Ni que es promouen actualment tenen una densitat d'energia massiva entre 240-300Wh/kg (densitat d'energia de volum 560Wh/L-650Wh/L).
El material de l'ànode principal al mercat de les bateries de liti és principalment el grafit (material basat en carboni-), però l'emmagatzematge d'energia actual dels materials basats en carboni- és a prop del límit superior teòric. La capacitat específica dels materials d'ànodes basats en silici- pot arribar als 4200 mAh/g, que és molt superior a la capacitat específica teòrica dels ànodes de grafit de 372 mAh/g. Amb la introducció de l'ànode de carboni de silici, la densitat d'energia massiva de la cèl·lula de la bateria s'actualitzarà a 300-400Wh/kg (densitat d'energia de volum 630Wh/L-750Wh/L), convertint-se així en un potent substitut de l'ànode de grafit.
Conclusió
El futur sembla prometedor amb la possible integració de tecnologies, que podria augmentar encara més la densitat energètica de les bateries dels drons. La densitat d'energia ultra-elevada a les bateries dels drons no és només una millora tècnica, sinó també un canvi de transformació que impulsarà la propera generació de drons. A mesura que aquesta tecnologia avanci, desbloquejarà noves possibilitats i redefinirà què són capaços d'aconseguir els drons. Estem preparats per a l'arribada d'una nova generació en un futur proper!
