Wat zijn lithium-ionbatterijen

Lithium-ionbatterijen zijn een populair type batterijchemie. Een groot voordeel van deze batterijen is dat ze oplaadbaar zijn. Vanwege deze functie worden ze tegenwoordig aangetroffen in de meeste consumentenapparaten die een batterij gebruiken. Ze zijn te vinden in 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 geïnstalleerd.

Zijn lithium-ionbatterijen hetzelfde als lithiumbatterijen?

Nee. Een lithiumbatterij en een lithium-ionbatterij zijn enorm verschillend. Het belangrijkste verschil is dat deze laatste oplaadbaar zijn. Een ander groot 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. Dit zijn:

Anode

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

Kathode

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

Elektrolyt

De elektrolyt is een materiaal dat dient als kanaal voor lithiumionen om tussen de kathode en anode te bewegen. Het is samengesteld uit zouten, additieven en verschillende oplosmiddelen.

De afscheider

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

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

Wanneer u een lithium-ionbatterij oplaadt, laat de kathode lithiumionen vrij, en deze bewegen zich naar de anode. Bij het ontladen verplaatsen lithiumionen zich van de anode naar de kathode, waardoor een stroomstroom 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 proef betrof titaniumdisulfide en lithium als elektroden. De batterijen zouden echter kortsluiten en ontploffen.

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

In de jaren negentig begon de lithium-iontechnologie terrein te winnen en tegen het einde van het decennium werd het al snel een populaire energiebron. Het was de eerste keer dat de technologie door Sony op de markt werd gebracht. Die slechte staat van dienst op het gebied van de veiligheid van lithiumbatterijen was de aanleiding voor de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen.

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

Wat is de beste lithiumionchemie?

Er zijn talloze soorten lithium-ionbatterijchemie. De in de handel verkrijgbare zijn:

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

Er zijn talloze soorten chemicaliën voor lithium-ionbatterijen. Elk heeft zijn voor- en nadelen. Sommige zijn echter alleen geschikt voor specifieke gebruikssituaties. Het type dat u kiest, hangt dus af van uw stroombehoeften, budget, veiligheidstolerantie en specifieke gebruikssituatie.

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 maximaal 10.000 cycli.

Bovendien bieden ze een grote thermische stabiliteit en kunnen ze veilig omgaan met korte pieken in de vraag. LiFePO4-batterijen zijn geschikt voor een thermische runaway-drempel tot 510 graden Fahrenheit, de hoogste van alle in de handel verkrijgbare lithium-ionbatterijen.

Voordelen van LiFePO4-batterijen

Vergeleken met loodzuur- en andere op lithium gebaseerde batterijen hebben lithium-ijzerfosfaatbatterijen een enorm voordeel. Ze laden en ontladen efficiënt, gaan langer mee en kunnen diep opladenklzonder capaciteit te verliezen. Deze voordelen zorgen ervoor dat de batterijen gedurende hun levensduur enorme kostenbesparingen opleveren in vergelijking met andere batterijtypen. Hieronder ziet u de specifieke voordelen van deze batterijen in langzaam rijdende voertuigen en industriële apparatuur.

LiFePO4-batterij in voertuigen met lage snelheid

Elektrische voertuigen met lage snelheid (LEV's) zijn voertuigen op vier wielen die minder dan 3000 kilo wegen. Ze worden aangedreven door elektrische batterijen, waardoor ze een populaire keuze zijn voor golfkarretjes en ander recreatief gebruik.

Bij het kiezen van de batterijoptie voor uw LEV is een van de belangrijkste overwegingen de levensduur. Golfkarretjes op batterijen moeten bijvoorbeeld voldoende vermogen hebben om over een 18-holes golfbaan te rijden zonder op te laden.

Een ander belangrijk aandachtspunt is het onderhoudsschema. Een goede accu heeft geen onderhoud nodig om optimaal te kunnen genieten van uw ontspannen activiteit.

De batterij moet ook in wisselende weersomstandigheden kunnen werken. Het zou u bijvoorbeeld in staat moeten stellen om zowel in de zomerse hitte als in de herfst te golfen als de temperatuur daalt.

Een goede batterij moet ook worden geleverd met een controlesysteem dat ervoor zorgt dat de batterij niet oververhit raakt 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-lithiumbatterijen is geschikt voor temperaturen van 4°F tot 131°F. De accu's zijn voorzien van een ingebouwd accumanagementsysteem en zijn uiterst eenvoudig te installeren.

Industriële toepassingen voor lithium-ionbatterijen

Lithium-ionbatterijen zijn een populaire optie in industriële toepassingen. De meest gebruikte chemie zijn LiFePO4-batterijen. Enkele van de meest voorkomende apparatuur om deze batterijen te gebruiken zijn:

Heftrucks voor smalle gangpaden
Vorkheftrucks met contragewicht
3-wielige vorkheftrucks
Walkie-stapelaars
Eind- en middenruiters

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

Hoge capaciteit en lange levensduur

Lithium-ionbatterijen hebben een grotere energiedichtheid en een langere levensduur in vergelijking met loodzuurbatterijen. Ze kunnen een derde van het gewicht wegen en dezelfde output leveren.

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

Ze kunnen ook werken op een grotere ontladingsdiepte tot 80% zonder enige invloed op hun capaciteit. Dat heeft nog een voordeel in tijdsbesparing. De werkzaamheden hoeven niet halverwege te worden gestopt om de batterijen te vervangen, wat kan leiden tot een besparing van duizenden manuren over een voldoende lange periode.

Snel opladen

Bij industriële loodzuuraccu’s bedraagt de normale oplaadtijd ongeveer acht uur. Dat komt neer op een volledige dienst van 8 uur waarbij de batterij niet beschikbaar is voor gebruik. Een manager moet dus rekening houden met deze downtime en extra batterijen aanschaffen.

Met LiFePO4-batterijen is dat geen probleem. Een goed voorbeeld is deROYPOW industriële LifePO4 lithiumbatterijen, die vier keer sneller opladen dan loodzuurbatterijen. Een ander voordeel is de mogelijkheid om efficiënt te blijven tijdens het ontslag. Loodzuuraccu's ondervinden vaak een vertraging in de prestaties tijdens het ontladen.

De ROYPOW-lijn van industriële batterijen heeft ook geen geheugenproblemen, dankzij een efficiënt batterijbeheersysteem. Loodzuurbatterijen hebben vaak last van dit probleem, wat ertoe kan leiden dat de volledige capaciteit niet wordt bereikt.

Na verloop van tijd veroorzaakt het sulfatering, waardoor de toch al korte levensduur kan worden gehalveerd. Het probleem doet zich vaak voor wanneer loodzuuraccu's worden opgeslagen zonder dat ze volledig zijn opgeladen. Lithiumbatterijen kunnen zonder problemen met korte tussenpozen worden opgeladen en op elke capaciteit boven nul worden opgeslagen.

Veiligheid en bediening

LiFePO4-batterijen hebben een enorm voordeel in industriële omgevingen. Ten eerste hebben ze een grote thermische stabiliteit. Deze batterijen kunnen werken bij temperaturen tot 131°F zonder enige schade op te lopen. Loodzuurbatterijen zouden bij een vergelijkbare temperatuur tot 80% van hun levenscyclus verliezen.

Een ander probleem is het gewicht van de batterijen. Voor een vergelijkbare batterijcapaciteit wegen loodzuurbatterijen aanzienlijk meer. Als zodanig hebben ze vaak specifieke apparatuur en een langere installatietijd nodig, wat kan leiden tot minder manuren die aan het werk worden besteed.

Een ander probleem is de veiligheid van 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 elimineren. 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 voorop staat.