Kas tahkispatareid kasutavad niklit?

Kas tahkispatareid kasutavad niklit? Mida UAV hankemeeskonnad peaksid mõistma

Niklisisaldus seesliitiumakudon muutunud hankeprobleemiks, mis ulatub materjaliteadusest palju kaugemale. Nikli hinnad on kõikuvad, nikli tarneahelad on geograafiliselt kontsentreeritud ja kõrge niklisisaldusega akude katoodid sisaldavad spetsiifilisi jõudluses kompromisse, mis mõjutavad akude käitumist kogu nende kasutusea jooksul.

UAV-operaatorite ja tahkisakusid hindavate hankemeeskondade jaoks tasub nikli küsimust mõista, sest vastus mõjutab kulude stabiilsust, jõudlusomadusi ja tarneahela riski viisil, mida spetsifikatsioonilehel ei kuvata.

Kus liitiumpatareides nikkel ilmub

Nikli roll filmisliitiumakudon peamiselt katoodil. Katood on positiivne elektrood - komponent, mis vabastab liitiumioonid tühjenemise ajal elektrolüüti ja võtab need laadimise ajal tagasi.

Kaubanduslike liitiumpatareide kõige levinumad katoodkeemia ained on NMC (liitium-nikkel-mangaankoobaltoksiid) ja NCA (liitium-nikkel-koobalt-alumiiniumoksiid). Mõlemad sisaldavad märkimisväärset niklisisaldust. Suure niklisisaldusega NMC-variandid - märgistatud NMC 811 (80% niklit) või NMC 622 (60% niklit) - on muutunud energiatihedates rakendustes üha tavalisemaks, kuna nikli sisaldus korreleerub suurema energiatihedusega katoodi tasemel.

Kvaliteetne liitiumpolümeer UAV aku, mis kasutab kõrge niklisisaldusega NMC katoodkeemiat, sisaldab tavaliselt 30–40% niklit katoodi massi järgi. See nikli sisaldus on osa sellest, mis võimaldab kaubanduslike LiPo pakendite jaoks reklaamitud energiatiheduse näitajaid.

TeeTahkispatareidKas kasutada niklit? Enamik praegu teeb

Siin on UAV-operaatorid sageli üllatunud: enamik praeguse põlvkonna pooljuhtakusid kasutavad sama NMC- või NCA-katoodikeemiat kui tavalised liitiumpolümeerakud. Tahke elektrolüüt asendab vedelat elektrolüüti, kuid katoodmaterjal, sealhulgas selle niklisisaldus, jääb esimese põlvkonna tahkiskonstruktsioonides sageli muutumatuks.

See on tootmise seisukohast mõistlik. NMC ja NCA katoodid on hästi iseloomustatud, end tõestanud ja väljakujunenud tootmistarneahelatega. Täiesti uue katoodkeemia väljatöötamine koos uue elektrolüüdisüsteemiga muudab juba niigi keerulise inseneriprobleemi keerukamaks ja riskib. Enamik aastatel 2024–2026 kaubanduslikku tootmist alustavaid pooljuhtakude tootjaid on eelistanud elektrolüütide üleminekut, säilitades samas tõestatud katoodmaterjalid.

Praktiline tähendus: NMC 811 katoodkeemiat kasutav tahkis-UAV-aku annab nikli tarneahelale sarnase kokkupuute kui sama katoodiga samaväärne LiPo-aku. Tahke elektrolüüt ei muuda nikli võrrandit katoodi tasemel.

Kus tahkisdisain võib vähendada niklist sõltuvust

Tahkispatareide arendamise pikaajaline trajektoor pakub küll teed niklist sõltuvuse vähendamisele, kuid see pole praegustes toodetes universaalne.

Liitiummetalli anoodi konstruktsioonid (mida käsitletakse selle seeria eelmises artiklis) võimaldavad anoodi poolelt suuremat energiatihedust, selle asemel, et nõuda katoodil üha suuremat niklisisaldust. Kui anood annab märkimisväärselt rohkem energiat grammi kohta, ei pea katoodi maksimaalse niklisisalduseni suruma, et saavutada energiatiheduse spetsifikatsioonid.

Mõned tahkispatareide arendajad kasutavad seda arhitektuurset paindlikkust, et uurida madalama niklisisaldusega katoodkeemiat, sealhulgas LFP (liitiumraudfosfaat) katoode, mis ei sisalda niklit ega koobaltit, kuid tavaliselt ohverdavad energiatihedust. Liitiummetalli anoodiga ühendatud tahkiskonstruktsiooniga LFP katoodid võivad potentsiaalselt saavutada konkurentsivõimelise energiatiheduse näitajad, eemaldades samal ajal katoodist täielikult nikli ja koobalti.

See on pigem arendusstaadium, mitte 2026. aastal UAV-akuvormingutes laialdaselt kaubanduslikult saadaval, kuid see kujutab endast tõelist keskmise tähtajaga trajektoori, mida pika planeerimishorisondiga hankemeeskonnad peaksid jälgima.

Mida see UAV-akude hankimisel tähendab?

Tänaste hankeotsuste puhul lahendab nikli küsimus tahkispatareides järgmiselt:

Küsige tootjalt, millist katoodkeemiat nende tahkisaku kasutab. NMC või NCA tähendab kokkupuudet nikliga, mis sarnaneb suure jõudlusega LiPo akudega – samade kulude volatiilsuse ja tarneahela kaalutlustega. LFP katood tähendab nikli puudumist, väiksemat energiatihedust enamikus praegustes konstruktsioonides, kuid paremat kulude stabiilsust ja lihtsamat tarneahelat.

Kumbki pole universaalselt õige. Õige katoodi valik sõltub sellest, kas teie tegevus seab esikohale maksimaalse energiatiheduse, kulude prognoositavuse või tarneahela mitmekesistamise.

ZYEBATTERY katoodide läbipaistvus

ZYEBATTERYpakub katoodkeemia dokumentatsiooni tahkis-liitiumioon- ja suure jõudlusega liitiumpolümeer-UAV-akude kohta, sealhulgas hankenõuetele vastavuse ja tarneahela hoolsuskohustusega seotud niklisisalduse teavet. Ostumeeskondade jaoks, kes seda teavet vajavad, on see pigem osa sellest, mida me tootedokumentidesse lisame, mitte midagi, mida peate konkreetselt nõudma.