Lesezeit: 5 Minuten

In 1991 deed de lithium batterij haar intrede en werd meteen op grote schaal voor walkmans en andere draagbare elektronica gebruikt. Sindsdien is het product niet meer weg te denken uit ons alledaagse leven: van auto’s en telefoons tot palletwagens en droog stofzuigers: de lithium accu levert stroom voor allerhande apparaten. Maar wat is een lithium batterij? Dit handige stukje technologie – ook wel bekend als lithium-ion-accu of li-ion batterij – is immens succesvol, maar niet geheel zonder gevaren. In dit artikel leggen we uit hoe een lithium-ion-batterij werkt en wat de voor- en nadelen van een lithium-ion-accu zijn.

De scheikunde van lithium

Lithium is een zeer reactieve stof, waarvan de atomen één elektron hebben, die zij zeer snel afstaan wanneer de atomen geen deel uitmaken van een stabiele structuur, zoals een metaaloxide. Van deze eigenschap wordt gebruik gemaakt in de cel van een lithium-ion-batterij.

Het scheidingsprincipe

Een lithium-ion-batterij werkt volgens een scheidingsprincipe, waarbij aan de ene zijde van de cel lithium-atomen zijn opgeslagen in een metaaloxide en aan de andere zijde een open grafietstructuur ligt. Deze twee delen zijn gescheiden door een elektrolytlaag. Deze laag verhindert de beweging van elektronen van de + naar de – zijde (van metaaloxide naar grafiet). Als de cel wordt aangesloten op een stroombron, worden de elektronen ertoe gedwongen om via het stroomcircuit van de ene pool naar de andere te stromen: de elektronen worden via de pluszijde naar de minzijde getransporteerd. Tegelijkertijd gaan de inmiddels positieve lithium-ionen via de elektrolyt naar de andere kant. Wanneer alle ionen zich hier bevinden is de cel volledig opgeladen.

Afgifte van energie

Als na het opladen een lamp wordt aangesloten, ‘willen’ de lithium-ionen terug naar hun oorspronkelijke, stabiele staat in het metaaloxide. De elektronen kunnen op hun beurt niet via de elektrolytlaag terugkeren en stromen via de lamp naar de andere zijde. Daarbij geven ze onderweg energie af aan de lamp, die daardoor brandt. Het is belangrijk te onthouden dat de grafietzijde van de cel geen chemische rol verricht in dit proces en enkel als opslag dient door zijn open structuur. De eerste belangrijke kracht is de invloed van de pluspool op de elektronen, die ontsnappen en vervolgens de lithium-ionen aantrekken via de elektrolytlaag. De tweede is de aantrekkingskracht van het metaaloxide op de instabiele ionen, die willen terugkeren naar een stabiele staat.

De voor- en nadelen van lithium-ion-accu’s

Nu u weet hoe u een lithium-ion-accu werkt, is het belangrijk om zowel de voor- als nadelen van deze accu voor het voetlicht te brengen. Zo kunt u hier rekening mee houden bij de aanschaf van een elektrische palletwagen met een lithium-ion-accu of andere elektrische apparaten die door deze technologie worden aangedreven, en kunt u de kosten goed inschatten. 

Voordelen van lithium-ion-accu’s

De lithium-ion-accu’s behoren tot de meest voortschrijdende technologie op het gebied van energiedragers. Daarom worden ze in allerlei soorten elektrische apparaten geplaatst – van smartphones tot accuboormachines en van elektrische stapelaars tot elektrische auto’s. De voordelen die ze bieden zijn:

  • Grote stroomsterkte: juist voor het gebruik in apparaten als accuboormachines of elektrische auto’s is een grote hoeveelheid energie nodig. Lithium batterijen zijn uitermate geschikt, omdat ze een bijzonder hoge stroomsterkte kunnen leveren. Daardoor kunnen ze ook genoeg energie leveren voor zeer arbeidsintensieve klussen.
  • Hoge energiedichtheid: een ander voordeel is de hoge energiedichtheid van de accu’s. Zo kan in een li-ion-accu tot viermaal meer energie worden opgeslagen dan in een nikkel-cadmium-accu (NiCd-accu) van dezelfde grootte. Dat maakt het interessant om de batterijen te gebruiken in mobiele apparaten, die ondanks hun geringe grootte een lange gebruiksduur moeten hebben.
  • Geringe zelfontlading: in tegenstelling tot traditionele loodzuurbatterijen is de zelfontlading van lithium-ion-batterijen zeer gering: het capaciteitsverlies van de batterijen bedraagt slechts 1 à 2% per maand. Met een correcte opslag van de lithium accu’s kan het capaciteitsverlies ook laag worden gehouden als ze niet in gebruik zijn.
  • Vrijwel geen memory effect: het bij NiCd-accu’s voorkomende memory effect zorgt in de loop der tijd voor een capaciteitsverlies bij de batterijen. Moderne lithium-ion-accu’s hebben vrijwel geen memory effect, zodat de capaciteit ook na meerdere oplaadbeurten constant blijft.
  • Tussendoor opladen: een ander voordeel van lithium-ion-accu’s is dat ze op elk gewenst moment kunnen worden opgeladen – ook als de accu nog niet leeg is. Bovendien kunt u de accu volledig, maar ook gedeeltelijk opladen.  

Nadelen van lithium batterijen

Ondanks de voortschrijdende techniek hebben ook lithium batterijen een aantal nadelen. Hoewel veel van deze nadelen inmiddels door technische aanpassingen zijn ondervangen of zijn verbeterd, heeft de lithium-ion-accu nog altijd een aantal schaduwzijden:

  • Milieuvriendelijkheid en delving van grondstoffen: de uitbreiding van de elektromobiliteit, waarbij sterk wordt ingezet op li-ion-accu’s, geldt als een vooruitgang qua klimaat- en milieubescherming. Tegelijkertijd behoort de delving van de grondstoffen door een gebrek aan milieuvriendelijkheid tot de nadelen van lithium-ion-accu’s. Vooral de winning van kobalt, aluminium en lithium is schadelijk voor het milieu: een hoog waterverbruik, vervuiling door weglekkende, giftige stoffen en de beïnvloeding van het landschap en ecosystemen maken het een groot nadeel van de lithium-ion-technologie. Ook vindt het werk vaak onder omstandigheden plaats, waarbij de werknemers niet eerlijk worden beloond en niet goed worden beschermd tegen contact met giftige stoffen. Desondanks geldt: in vergelijking tot traditionele loodzuuraccu’s zijn lithium-ion-accu’s het milieuvriendelijke alternatief. Bovendien zijn sommige chemische verbindingen, zoals lithium-ijzer-fosfaat minder schadelijk dan andere. Ook wordt er met succes aan het verbeteren van de winning gewerkt en gepoogd die milieuvriendelijker vorm te geven.
  • Afval en recycling: een onderwerp dat nauw verbonden is met het materiaal, is de recycling van lithium-ion-accu’s. De zeer reactieve onderdelen van de accu’s vallen onder gevaarlijk chemisch afval, dat met zorg moet worden verwerkt. Als dit niet zorgvuldig gebeurt, kan dit tot gevaarlijke branden leiden, waarbij giftige gassen kunnen vrijkomen. Door de chemische verbinding van de verschillende grondstoffen is de recycling van lithium-ion-accu’s een grote uitdaging. Daarom bestaat er ook nog geen uitgekristalliseerd recyclingsproces dat ervoor zorgt dat alle grondstoffen kunnen worden hergebruikt. Wij kunnen ons voorstellen dat u hier eventueel vragen over hebt. Schroom in dat geval niet om contact met ons op te nemen. De vakkundige medewerkers van Jungheinrich PROFISHOP voorzien u graag van informatie.
  • Diepontlading: een vaak onderschat nadeel van lithium batterijen is diepontlading. Door de volledige ontlading van de accu kan er inversie van de polarisatie optreden of andere onherstelbare schade aan de lithiumcellen ontstaan, waardoor de accu volledig defect raakt. Houd hier bij de opslag en het opladen van de batterij rekening mee. Gelukkig beschikken veel moderne apparaten met lithium-ion-technologie inmiddels over geïntegreerde elektronica, die beschermt tegen diepontlading.
  • Gevoeligheid voor temperatuur: de hoge gevoeligheid van lithium-ion-accu’s voor temperatuurschommelingen is een ander nadeel, dat zowel de laadtoestand als het vermogen van de accu’s beïnvloedt. Zowel temperaturen lager dan 5 graden Celsius als temperaturen van meer dan 35 graden hebben een negatieve invloed op lithium batterijen. In een aantal gevallen kan de temperatuur zelfs voor diepontlading zorgen. Om problemen te voorkomen, kunt u de accu’s beter niet gebruiken bij werkzaamheden waar de temperatuur hoger of lager is dan de hierboven aangegeven waarden.

De voordelen van lithium-ion-accu’s overheersen

Ondanks de gedeeltelijk onvermijdelijke nadelen van lithium batterijen overheersen de voordelen van deze technologie. Om de accu’s in de toekomst op grote schaal voor elektro-auto’s bruikbaar te maken, werken fabrikanten en wetenschappers al met succes aan de optimalisering van de batterijen. Daarvan profiteren uiteindelijk ook de voertuigen voor de interne logistiek, net zoals gebruikers van mobiele apparaten en elektrisch gereedschap. Bovendien kunnen door de juiste opslag van lithium-ion-batterijen veel van de nadelen – zoals diepontlading en temperatuurgevoeligheid – tot een minimum worden beperkt.

Bron afbeelding:
© gettyimages.de – MF3d