Wat zijn lithium-ionbatterijen?

Lithium-ionbatterijen zijn een populair type batterijtechnologie. Een groot voordeel van deze batterijen is dat ze oplaadbaar zijn. Dankzij deze eigenschap zijn ze te vinden in de meeste consumentenapparaten die tegenwoordig op een batterij werken. Je vindt ze bijvoorbeeld in telefoons, elektrische auto's en elektrische golfkarretjes.

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 zijn wezenlijk verschillend. Het belangrijkste verschil is dat de laatste oplaadbaar is. Een ander groot verschil is de houdbaarheid. Een lithiumbatterij kan tot 12 jaar meegaan als deze niet wordt gebruikt, terwijl lithium-ionbatterijen een houdbaarheid hebben van maximaal 3 jaar.

Wat zijn de belangrijkste onderdelen van lithium-ionbatterijen?

Lithium-ionbatterijen bestaan uit vier hoofdbestanddelen. Dit zijn:

Anode

De anode maakt het mogelijk dat elektriciteit van de batterij naar een extern circuit wordt overgebracht. Tijdens het opladen van de batterij slaat de anode ook lithiumionen op.

Kathode

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

Elektrolyt

De elektrolyt is een materiaal dat dient als geleider voor de beweging van lithiumionen tussen de kathode en de anode. Het is samengesteld uit zouten, additieven en verschillende oplosmiddelen.

De scheider

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

Lithium-ionbatterijen werken door lithiumionen via de elektrolyt van de kathode naar de anode en vice versa te verplaatsen. Tijdens deze beweging activeren de ionen vrije elektronen in de anode, waardoor een lading ontstaat bij de positieve stroomcollector. Deze elektronen stromen door het apparaat, zoals een telefoon of golfkarretje, naar de negatieve collector en vervolgens terug naar de kathode. De vrije stroom van elektronen in de batterij wordt tegengehouden door de separator, die de elektronen naar de contactpunten dwingt.

Bij het opladen van een lithium-ionbatterij komen lithiumionen vrij uit de kathode, die zich vervolgens naar de anode bewegen. Tijdens het ontladen bewegen de lithiumionen van de anode naar de kathode, waardoor een elektrische stroom ontstaat.

Wanneer werden 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 samenstellingen voor een batterij die zichzelf kon opladen. Zijn eerste proef betrof titaniumdisulfide en lithium als elektroden. De batterijen vertoonden echter kortsluiting en explodeerden.

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

In de jaren 90 won lithium-iontechnologie aan populariteit en werd tegen het einde van het decennium al snel een gangbare energiebron. Het was de eerste keer dat Sony deze technologie commercieel op de markt bracht. De slechte veiligheidsreputatie van lithiumbatterijen was de aanleiding voor de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen.

Hoewel lithiumbatterijen een hogere energiedichtheid kunnen bevatten, zijn ze onveilig tijdens het laden en ontladen. Lithium-ionbatterijen daarentegen zijn vrij veilig om te laden en te ontladen, mits gebruikers zich aan de basisveiligheidsrichtlijnen houden.

Wat is de beste lithium-ionchemie?

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

Lithiumtitanaat
Lithium Nikkel Kobalt Aluminiumoxide
Lithium Nikkel Mangaan Kobaltoxide
Lithiummangaanoxide (LMO)
Lithiumkobaltoxide
Lithiumijzerfosfaat (LiFePO4)

Er bestaan talloze chemische samenstellingen voor lithium-ionbatterijen. Elk type heeft zijn eigen voor- en nadelen. Sommige zijn echter alleen geschikt voor specifieke toepassingen. De keuze voor een bepaald type hangt dus af van uw energiebehoefte, budget, veiligheidseisen en specifieke gebruikssituatie.

LiFePO4-batterijen zijn echter de meest commercieel verkrijgbare optie. Deze batterijen bevatten een grafietkoolstofelektrode, die als anode fungeert, en fosfaat als kathode. Ze hebben een lange levensduur van maximaal 10.000 laad- en ontlaadcycli.

Bovendien bieden ze een uitstekende thermische stabiliteit en kunnen ze korte pieken in de vraag veilig opvangen. LiFePO4-batterijen hebben een thermische oververhittingsdrempel van maximaal 510 graden Fahrenheit (265 graden Celsius), de hoogste van alle commercieel verkrijgbare lithium-ionbatterijen.

Voordelen van LiFePO4-batterijen

Vergeleken met loodzuuraccu's en andere lithiumbatterijen hebben lithium-ijzerfosfaatbatterijen een enorm voordeel. Ze laden en ontladen efficiënt, gaan langer mee en kunnen diep ontladen worden.clezonder capaciteitsverlies. Deze voordelen betekenen dat de accu's gedurende hun levensduur enorme kostenbesparingen opleveren in vergelijking met andere accutypes. Hieronder worden de specifieke voordelen van deze accu's voor voertuigen met lage snelheid en industriële apparatuur nader bekeken.

LiFePO4-batterij in voertuigen met lage snelheid

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

Bij de keuze van de accu voor uw elektrische golfkar is de levensduur een van de belangrijkste overwegingen. Een golfkar op accu moet bijvoorbeeld voldoende vermogen hebben om een 18-holes golfbaan rond te rijden zonder tussendoor op te laden.

Een andere belangrijke overweging is het onderhoudsschema. Een goede accu zou geen onderhoud nodig moeten hebben, zodat u optimaal kunt genieten van uw vrijetijdsbesteding.

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

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

Een van de beste merken die aan al deze basisvoorwaarden voldoet, is ROYPOW. Hun LiFePO4 lithiumbatterijen zijn geschikt voor temperaturen van -15°C tot 55°C. De batterijen zijn voorzien van een ingebouwd batterijbeheersysteem en zijn zeer eenvoudig te installeren.

Industriële toepassingen voor lithium-ionbatterijen

Lithium-ionbatterijen zijn een populaire keuze in industriële toepassingen. De meest gebruikte chemische samenstelling is LiFePO4. Enkele veelvoorkomende apparaten die deze batterijen gebruiken zijn:

Smalle gangen heftrucks
Tegengewichtvorkheftrucks
3-wielige heftrucks
Walkie stackers
Eind- en middenrijders

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

Hoge capaciteit en lange levensduur

Lithium-ionbatterijen hebben een hogere energiedichtheid en een langere levensduur dan loodzuurbatterijen. Ze wegen slechts een derde minder en leveren hetzelfde vermogen.

Hun lange levensduur 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 tot 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 hun capaciteit beïnvloedt. Dat heeft nog een voordeel: tijdsbesparing. De werkzaamheden hoeven niet halverwege te worden onderbroken om batterijen te wisselen, wat op de lange termijn duizenden manuren kan besparen.

Snelladen

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

Bij LiFePO4-batterijen is dat geen probleem. Een goed voorbeeld is deROYPOW industriële LifePO4 lithiumbatterijendie vier keer sneller opladen dan loodzuuraccu's. Een ander voordeel is dat ze efficiënt blijven werken tijdens het ontladen. Loodzuuraccu's presteren vaak minder goed naarmate ze ontladen.

De ROYPOW-lijn industriële accu's heeft dankzij een efficiënt accubeheersysteem geen last van geheugenproblemen. Loodzuuraccu's hebben hier vaak wel last van, waardoor ze hun volledige capaciteit niet bereiken.

Na verloop van tijd treedt sulfatering op, waardoor hun toch al korte levensduur gehalveerd kan worden. Dit probleem doet zich vaak voor wanneer loodzuuraccu's worden opgeslagen zonder volledig opgeladen te zijn. Lithiumbatterijen kunnen met korte tussenpozen worden opgeladen en zonder problemen met elke lading boven nul worden opgeslagen.

Veiligheid en hantering

LiFePO4-batterijen hebben een enorm voordeel in industriële toepassingen. Ten eerste hebben ze een uitstekende thermische stabiliteit. Deze batterijen kunnen functioneren bij temperaturen tot 55 °C (131 °F) 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 bij een vergelijkbare capaciteit. Daardoor is er vaak specifieke apparatuur nodig en duurt de installatie langer, wat kan leiden tot minder beschikbare manuren.

Een ander aandachtspunt is de veiligheid van de werknemers. Over het algemeen zijn LiFePO4-batterijen veiliger dan loodzuurbatterijen. Volgens de OSHA-richtlijnen moeten loodzuurbatterijen worden opgeslagen in een speciale ruimte met apparatuur die is ontworpen om gevaarlijke dampen te verwijderen. Dat 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 van cruciaal belang is.