Wat zijn lithium-ionbatterijen?

Lithium-ionbatterijen zijn een populair type batterijchemie. Een groot voordeel van deze batterijen is dat ze oplaadbaar zijn. Dankzij deze eigenschap worden ze tegenwoordig in de meeste consumentenapparaten gebruikt die een batterij gebruiken. Denk bijvoorbeeld aan telefoons, elektrische voertuigen en golfkarretjes op batterijen.

Hoe werken lithium-ionbatterijen?

Lithium-ionbatterijen bestaan uit één of meerdere lithium-ioncellen. Ze bevatten ook een beschermende printplaat om overladen te voorkomen. De cellen worden batterijen genoemd zodra ze in een behuizing met een beschermende printplaat zijn geplaatst.

Zijn lithium-ionbatterijen hetzelfde als lithiumbatterijen?

Nee. Een lithiumbatterij en een lithium-ionbatterij verschillen enorm. Het belangrijkste verschil is dat de laatste oplaadbaar zijn. Een ander belangrijk verschil is de houdbaarheid. Een lithiumbatterij kan ongebruikt tot 12 jaar meegaan, terwijl lithium-ionbatterijen een houdbaarheid van maximaal 3 jaar hebben.

Wat zijn de belangrijkste componenten van lithium-ionbatterijen?

Lithium-ioncellen bestaan uit vier hoofdcomponenten:

Anode

De anode zorgt ervoor dat elektriciteit van de batterij naar een extern circuit kan stromen. Hij slaat ook lithiumionen op tijdens het opladen van de batterij.

Kathode

De kathode bepaalt de capaciteit en spanning van de cel. Deze produceert lithiumionen bij het ontladen van de batterij.

Elektrolyt

De elektrolyt is een materiaal dat dient als kanaal voor lithiumionen om zich tussen de kathode en de anode te verplaatsen. Het bestaat uit zouten, additieven en diverse oplosmiddelen.

De scheider

Het laatste onderdeel van een lithium-ioncel is de separator. Deze fungeert als een fysieke barrière om de kathode en anode van elkaar gescheiden te houden.

Lithium-ionbatterijen werken door lithiumionen van de kathode naar de anode te verplaatsen en vice versa via de elektrolyt. Terwijl de ionen bewegen, activeren ze vrije elektronen in de anode, waardoor er een lading ontstaat bij de positieve stroomcollector. Deze elektronen stromen door het apparaat, bijvoorbeeld een telefoon of golfkarretje, naar de negatieve collector en terug naar de kathode. De vrije elektronenstroom in de batterij wordt verhinderd door de separator, waardoor ze naar de contacten worden gedwongen.

Wanneer je een lithium-ionbatterij oplaadt, komen er lithiumionen vrij uit de kathode, die zich naar de anode bewegen. Bij het ontladen bewegen de lithiumionen van de anode naar de kathode, waardoor er een elektrische stroom ontstaat.

Wanneer zijn lithium-ionbatterijen uitgevonden?

Lithium-ionbatterijen werden voor het eerst bedacht in de jaren 70 door de Engelse chemicus Stanley Whittingham. Tijdens zijn experimenten onderzochten de wetenschappers verschillende chemische processen voor een batterij die zichzelf kon opladen. Zijn eerste experiment gebruikte titaniumdisulfide en lithium als elektroden. De batterijen raakten echter kortgesloten en explodeerden.

In de jaren 80 ging een andere wetenschapper, John B. Goodenough, de uitdaging aan. Kort daarna begon Akira Yoshino, een Japanse chemicus, onderzoek te doen naar de technologie. Yoshino en Goodenough bewezen dat lithiummetaal de belangrijkste oorzaak van explosies was.

In de jaren 90 begon de lithium-iontechnologie aan populariteit te winnen en tegen het einde van het decennium was het al snel een populaire energiebron. Het was de eerste keer dat de technologie door Sony op de markt werd gebracht. De slechte veiligheidsreputatie van lithiumbatterijen leidde tot de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen.

Hoewel lithiumbatterijen een hogere energiedichtheid kunnen hebben, zijn ze onveilig tijdens het opladen en ontladen. Aan de andere kant zijn lithium-ionbatterijen vrij veilig om op te laden en te ontladen, mits gebruikers zich aan de basisveiligheidsrichtlijnen houden.

Wat is de beste lithium-ionchemie?

Er zijn talloze soorten lithium-ionbatterijen. De commercieel verkrijgbare zijn:

Lithiumtitanaat
Lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxide
Lithium-nikkel-mangaan-kobaltoxide
Lithiummangaanoxide (LMO)
Lithiumkobaltoxide
Lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4)

Er zijn talloze soorten lithium-ionbatterijen. Elk heeft zijn voor- en nadelen. Sommige zijn echter alleen geschikt voor specifieke toepassingen. Het type dat u kiest, hangt daarom af van uw stroombehoefte, budget, veiligheidstolerantie en specifieke toepassing.

LiFePO4-batterijen zijn echter de meest commercieel verkrijgbare optie. Deze batterijen bevatten een grafiet-koolstofelektrode, die als anode dient, en fosfaat als kathode. Ze hebben een lange levensduur van wel 10.000 cycli.

Bovendien bieden ze een uitstekende thermische stabiliteit en kunnen ze korte pieken in de vraag veilig verwerken. LiFePO4-accu's hebben een thermische runaway-drempel tot 270 graden Celsius, de hoogste van alle commercieel verkrijgbare lithium-ionaccu's.

Voordelen van LiFePO4-batterijen

Vergeleken met loodzuuraccu's en andere lithium-accu's hebben lithium-ijzerfosfaataccu's een enorm voordeel: ze laden en ontladen efficiënt, gaan langer mee en kunnen diep worden opgeladen.clezonder capaciteitsverlies. Deze voordelen betekenen dat de accu's gedurende hun levensduur enorme kostenbesparingen opleveren ten opzichte van andere accutypen. Hieronder vindt u de specifieke voordelen van deze accu's in voertuigen met lage snelheid en industriële apparatuur.

LiFePO4-batterij in voertuigen met lage snelheid

Elektrische voertuigen met lage snelheid (LEV's) zijn vierwielige voertuigen die minder dan 1360 kg wegen. Ze worden aangedreven door elektrische accu's, waardoor ze een populaire keuze zijn voor golfkarretjes en andere recreatieve doeleinden.

Bij het kiezen van de accu voor uw LEV is een van de belangrijkste overwegingen de levensduur. Zo moeten golfkarretjes op accu's voldoende vermogen hebben om zonder opladen over een 18-holes golfbaan te rijden.

Een andere belangrijke overweging is het onderhoudsschema. Een goede accu heeft geen onderhoud nodig om optimaal te kunnen genieten van uw vrijetijdsbesteding.

De accu moet ook onder verschillende weersomstandigheden kunnen functioneren. Zo moet je er bijvoorbeeld zowel in de zomerhitte als in de herfst, wanneer de temperaturen dalen, mee kunnen golfen.

Een goede accu moet ook voorzien zijn van een controlesysteem dat ervoor zorgt dat de accu niet oververhit of te veel afkoelt, waardoor de capaciteit afneemt.

Een van de beste merken die aan al deze fundamentele maar belangrijke voorwaarden voldoet, is ROYPOW. Hun lijn LiFePO4-lithiumaccu's is geschikt voor temperaturen van 20°C tot 54°C. De accu's zijn voorzien van een ingebouwd batterijbeheersysteem en zijn zeer eenvoudig te installeren.

Industriële toepassingen voor lithium-ionbatterijen

Lithium-ionbatterijen zijn een populaire optie in industriële toepassingen. De meest gebruikte chemische verbinding is LiFePO4-batterij. Enkele van de meest voorkomende apparaten die deze batterijen gebruiken zijn:

Smalle gangpadheftrucks
Vorkheftrucks met contragewicht
3-wielige vorkheftrucks
Walkie-stapelaars
Eind- en middenrijders

Er zijn veel redenen waarom lithium-ionbatterijen steeds populairder worden in industriële omgevingen. De belangrijkste zijn:

Hoge capaciteit en levensduur

Lithium-ionaccu's hebben een hogere energiedichtheid en een langere levensduur dan loodzuuraccu's. Ze kunnen een derde van het gewicht wegen en hetzelfde vermogen leveren.

Hun levenscyclus is een ander groot voordeel. Voor een industriële onderneming is het doel om de terugkerende kosten op korte termijn tot een minimum te beperken. Met lithium-ionbatterijen kunnen heftruckbatterijen drie keer zo lang meegaan, wat op de lange termijn tot enorme kostenbesparingen leidt.

Ze kunnen ook werken met een grotere ontladingsdiepte tot wel 80% zonder dat dit gevolgen heeft voor hun capaciteit. Dat heeft nog een ander voordeel: tijdsbesparing. De werkzaamheden hoeven niet halverwege te worden stopgezet om batterijen te vervangen, wat kan leiden tot een besparing van duizenden manuren over een voldoende lange periode.

Snel opladen

Voor industriële loodzuuraccu's bedraagt de normale laadtijd ongeveer acht uur. Dat komt neer op een volledige dienst van acht uur waarin de accu niet beschikbaar is. Een manager moet dus rekening houden met deze downtime en extra accu's aanschaffen.

Met LiFePO4-batterijen is dat geen uitdaging. Een goed voorbeeld is deROYPOW industriële LifePO4 lithiumbatterijen, die vier keer sneller opladen dan loodzuuraccu's. Een ander voordeel is de efficiëntie tijdens het ontladen. Loodzuuraccu's hebben vaak een prestatieachterstand tijdens het ontladen.

De ROYPOW-serie industriële batterijen kent ook geen geheugenproblemen dankzij een efficiënt batterijbeheersysteem. Loodzuuraccu's hebben hier vaak last van, waardoor ze hun volledige capaciteit niet kunnen bereiken.

Na verloop van tijd veroorzaakt het sulfatering, wat hun toch al korte levensduur kan halveren. Dit probleem doet zich vaak voor wanneer loodzuuraccu's worden opgeslagen zonder volledige lading. Lithiumaccu's kunnen met korte tussenpozen worden opgeladen en zonder problemen worden opgeslagen bij elke capaciteit boven nul.

Veiligheid en behandeling

LiFePO4-batterijen hebben een enorm voordeel in industriële omgevingen. Ten eerste hebben ze een hoge thermische stabiliteit. Deze batterijen kunnen werken bij temperaturen tot 54 °C zonder schade op te lopen. Loodzuurbatterijen zouden bij een vergelijkbare temperatuur tot 80% van hun levensduur verliezen.

Een ander probleem is het gewicht van de accu's. Loodzuuraccu's wegen aanzienlijk meer voor een vergelijkbare accucapaciteit. Daarom vereisen ze vaak specifieke apparatuur en een langere installatietijd, wat kan leiden tot minder manuren.

Een ander probleem is de veiligheid van werknemers. Over het algemeen zijn LiFePO4-accu's veiliger dan loodzuuraccu's. Volgens de OSHA-richtlijnen moeten loodzuuraccu's worden opgeslagen in een speciale ruimte met apparatuur die is ontworpen om gevaarlijke dampen af te voeren. Dit brengt extra kosten en complexiteit met zich mee voor een industriële operatie.

Conclusie

Lithium-ionbatterijen hebben een duidelijk voordeel in industriële omgevingen en voor elektrische voertuigen met lage snelheid. Ze gaan langer mee, waardoor gebruikers geld besparen. Deze batterijen zijn bovendien onderhoudsvrij, wat vooral belangrijk is in een industriële omgeving waar kostenbesparing voorop staat.