เหตุใดความหนาแน่นของพลังงานจึงมีความสำคัญในตลาดโดรน/UAV
การเติบโตแบบก้าวกระโดดของอุตสาหกรรมโดรนนั้นขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่อย่างมาก ความหนาแน่นของพลังงานสูงเป็นพิเศษ-กำลังกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการขับเคลื่อนเที่ยวบินระยะไกลและการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น
ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นหมายความว่าโดรนสามารถบินได้นานขึ้นและมีน้ำหนักมากขึ้น ความสามารถนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการขยายการใช้งานโดรนนอกเหนือจากการถ่ายภาพ ซึ่งรวมถึงการขนส่ง การเฝ้าระวัง และการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม
สิทธิประโยชน์สำหรับโดรนเชิงพาณิชย์s & ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
โดรนเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้ในการจัดส่งพัสดุและการตรวจสอบทางอุตสาหกรรม ได้รับประโยชน์อย่างมากจากแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง พวกเขาสามารถเดินทางได้ไกลขึ้นด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียว ทำให้มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้น-
แบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงยังเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าอีกด้วย มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและลดความถี่ในการเปลี่ยนแบตเตอรี่ ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการใช้งานโดรน
ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่คืออะไร?
ความหนาแน่นของพลังงานคือปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในหน่วยพื้นที่หรือมวลหน่วยของสสาร ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่คือปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากปริมาตรหน่วยหรือมวลเฉลี่ยของแบตเตอรี่ ซึ่งโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสองมิติ ได้แก่ ความหนาแน่นของพลังงานโดยน้ำหนัก และความหนาแน่นของพลังงานโดยปริมาตร
ความหนาแน่นของพลังงานโดยน้ำหนักของแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้ง่ายๆ ด้วยสูตรนี้: แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด (V) * พิกัดความจุ (Ah) / น้ำหนักแบตเตอรี่ (กก.)=พลังงานเฉพาะหรือความหนาแน่นของพลังงาน (Wh/kg)
ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่แบบชาร์จได้ประเภทต่างๆ มีดังนี้:
ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่กรดตะกั่วอยู่ระหว่าง 50-70 Wh/kg;
ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมอยู่ระหว่าง 50-80 Wh/kg;
ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์อยู่ระหว่าง 60-140 Wh/kg;
ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียม-อยู่ในช่วงระหว่าง 150-300 Wh/kg;
แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำ หากใช้ขับรถครอบครัวเป็นระยะทางมากกว่า 200 กม. จะต้องใช้แบตเตอรี่เกือบ 1 ตัน ซึ่งหนักเกินกว่าจะใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า อีกเหตุผลหนึ่งก็คือ Pb เป็นพิษ ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และประสิทธิภาพของวงจรของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดต่ำ ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนอยู่ที่ประมาณ 150~300Wh/kg ซึ่งสูงกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดมาก เช่นเดียวกับประสิทธิภาพของวงจร ดังนั้นแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการพัฒนายานพาหนะไฟฟ้าพลังงานใหม่
ปัจจุบัน มีเส้นทางทางเทคนิคหลักสองเส้นทางสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมความหนาแน่นสูง-พลังงาน-ในตลาด: แบตเตอรี่ LiFePO4 แบบประหยัด และแบตเตอรี่-ระดับกลางถึง-สูง-ระดับลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (NMC)
ในปี 2558 แบตเตอรี่ LiFePO4 กลายเป็นกระแสหลักของตลาด ในเวลานั้น ความหนาแน่นพลังงานของระบบแบตเตอรี่ LiFePO4 ส่วนใหญ่ในตลาดอยู่ที่ประมาณ 70-90Wh/kg ในขณะที่ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ NMC นั้นสูงกว่ามาก โดยสูงถึง 130Wh/kg เพื่อเปิดตลาดรถยนต์นั่งที่มีความอ่อนไหวต่อระยะการขับรถอย่างรวดเร็ว รัฐบาลจีนเสนอให้ใช้ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่เป็นตัวบ่งชี้อ้างอิงในนโยบายเงินอุดหนุนรถยนต์พลังงานใหม่ในปี 2559 ยิ่งความหนาแน่นของพลังงานสูงเท่าใด เงินอุดหนุนก็จะมากขึ้นเท่านั้น โครงสร้างตลาดของแบตเตอรี่ LiFePO4 และแบตเตอรี่ NMC เริ่มเปลี่ยนแปลง และบริษัทรถยนต์รายใหญ่เริ่มเปลี่ยนแบตเตอรี่ NMC ในวงกว้าง นับตั้งแต่เดือนมิถุนายน 2019 ด้วยการถอนเงินอุดหนุนและต้นทุนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม NMC ที่สูง แบตเตอรี่ LiFePO4 ได้กลับมาเป็นโซลูชันพลังงานหลักในตลาดอีกครั้ง เพื่อปรับตัวให้เข้ากับการพัฒนาตลาด ผู้ผลิตแบตเตอรี่รายใหญ่ทุกรายได้เริ่มต้นกลยุทธ์สองบรรทัดของ LiFePO4 + NMC ขณะนี้แบตเตอรี่ LiFePO4 มีความหนาแน่นของพลังงานถึง 210Wh/kg
ขีดจำกัดอะไรเอ็ดที่ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์?
แบตเตอรี่ลิเธียมประกอบด้วยส่วนสำคัญสี่ส่วน ได้แก่ แอโนด แคโทด อิเล็กโทรด และไดอะแฟรม ซึ่งล้วนส่งผลต่อความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ และอิเล็กโทรดคือบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมี กุญแจสำคัญในการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่คือการพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรดใหม่และปรับปรุงกระบวนการผลิต
จากข้างต้น เราสามารถรู้ได้ว่าความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมที่ประกอบด้วย LiFeO4 และวัสดุที่ประกอบไปด้วย Ni Co Mn นั้นแตกต่างกันมาก อัตราส่วนที่แตกต่างกันของ Ni, Co และ Mn ในวัสดุที่ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ จะทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่แตกต่างกันด้วย ยิ่งสัดส่วนของ Ni สูงเท่าใด ความจุจำเพาะของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น แบตเตอรี่ระบบแคโทดเชิงบวก Ni สูงที่กำลังส่งเสริมอยู่ในปัจจุบันมีความหนาแน่นของพลังงานมวลระหว่าง 240-300Wh/กก. (ความหนาแน่นของพลังงานโดยปริมาตร 560Wh/L-650Wh/L)
วัสดุแอโนดกระแสหลักในตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่เป็นกราไฟต์ (วัสดุที่มีคาร์บอน-) แต่การกักเก็บพลังงานในปัจจุบันของวัสดุที่มีคาร์บอน-นั้นใกล้เคียงกับขีดจำกัดบนทางทฤษฎี ความจุเฉพาะของวัสดุแอโนดที่ใช้ซิลิกอน-สามารถสูงถึง 4200mAh/g ซึ่งสูงกว่าความจุเฉพาะทางทฤษฎีของแอโนดกราไฟท์ที่ 372mAh/g มาก ด้วยการเปิดตัวซิลิคอนคาร์บอนแอโนด ความหนาแน่นของพลังงานมวลของเซลล์แบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นเป็น 300-400Wh/กก. (ความหนาแน่นของพลังงานโดยปริมาตร 630Wh/L-750Wh/L) จึงกลายเป็นสิ่งทดแทนที่มีประสิทธิภาพสำหรับแอโนดกราไฟท์
บทสรุป
อนาคตดูสดใสด้วยการบูรณาการเทคโนโลยีที่มีศักยภาพ ซึ่งสามารถช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่โดรนได้ ความหนาแน่นพลังงานสูงพิเศษ-ในแบตเตอรี่โดรนไม่ได้เป็นเพียงการปรับปรุงด้านเทคนิคเท่านั้น แต่ยังเป็นการเปลี่ยนแปลงที่จะขับเคลื่อนโดรนรุ่นต่อไปด้วย เมื่อเทคโนโลยีนี้ก้าวหน้าไป มันจะปลดล็อกความเป็นไปได้ใหม่ๆ และกำหนดสิ่งที่โดรนสามารถทำได้สำเร็จ เตรียมพบกับคนรุ่นใหม่ที่กำลังจะมาในอนาคตอันใกล้นี้ เร็วๆ นี้!
