Lesezeit: 3 Minuten

Menig gereedschap wordt door een accu van stroom voorzien. Daarom is het belangrijk te begrijpen waarom een accu in de loop der tijd minder goed presteert. Er zijn verschillende redenen waarom een batterij aan capaciteit kan verliezen, van overbelasting tot veroudering en oververhitting. Een complex begrip dat deel uitmaakt van dit thema is het memory effect, ook wel bekend als het geheugeneffect.

Bij het memory effect lijken batterijen zich een verkeerde spanning te ‘herinneren’ dankzij afwijkingen in de laadcycli. Dit heeft tot gevolg dat een accu langzaamaan capaciteit verliest.

Lange tijd werd ervan uitgegaan dat het memory effect geen rol speelde bij lithium-ion-batterijen en dat het alleen een serieus probleem was bij nikkel-cadmiumaccu’s en nikkel-metaal-hybriden. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat bij lithium batterijen tekenen zijn waar te nemen van een soortgelijk proces. In dit artikel nemen we zowel het geheugeneffect bij nikkelbatterijen als het lithium-ion memory effect onder de loep.

Het lithium-ion memory effect in de praktijk

Hoewel veel accu’s worden geroemd om hun slimme componenten, zijn het vaak redelijk ongecompliceerde producten met een simpele bescherming tegen kortsluiting en het overladen van de batterijcellen. Deze componenten zijn gedeeltelijk verantwoordelijk voor het memory effect. Dit werkt in de praktijk als volgt: een elektrische tandenborstel is voor het eerst volledig opgeladen, wordt enige tijd gebruikt tot de accu nog 15% energie heeft – en dus niet leeg is – en daarna weer helemaal opgeladen. Het kan in dit geval zijn dat de batterij herinnert dat de laadcyclus niet is afgerond en er dus minder hoeft te worden opgeladen. Het wordt een probleem wanneer dit herhaaldelijk gebeurt, helemaal als de accu wél helemaal leeg is. Dit heeft twee consequenties: de batterij verliest aan laadcapaciteit en door de ontregeling van de capaciteit is het niet meer mogelijk om de daadwerkelijke laadstatus vast te stellen.

Lithium-ijzer-fosfaat als boosdoener

Sinds lithium batterijen wereldwijd in gebruik werden genomen in de vroege jaren 90, werd gedacht dat er geen lithium-ion memory effect bestond. Toch blijkt het ‘geheugen’ van de lithium-ion-batterij soortgelijke trekjes te vertonen als dat van cadmium batterijen.

Onderzoek aan een Japanse universiteit heeft uitgewezen dat een specifiek element van de li-ion-accu het memory effect vertoont: het zogenaamde lithium-ijzer-fosfaat (LiFePO4) vertoont dezelfde veranderingen als bij cadmium batterijen. LiFePO4 is een van de meest gebruikte stoffen voor de pluspool in lithium batterijen en kent een problematische eigenschap: de spanning van de cel blijft grotendeels onveranderd tijdens vrijwel de gehele ontlaadperiode. Dit betekent dat minieme variaties in spanning kunnen leiden tot een verkeerde interpretatie van de celstatus.

De (ont)laadcyclus als onderliggend mechanisme

Onderzoek heeft aangetoond dat het onderliggende mechanisme te vinden is in het proces van laden en ontladen. Zoals elders in deze gids uitgelegd, werkt een lithium-ion-batterij door middel van een scheiding tussen een metaaloxide en grafiet. Tussen deze twee zijden beweegt zich het lithium, in stabiele vorm of als ion. Het metaaloxide bevat bij een lege batterij alle lithiumdeeltjes en alle ionen bevinden zich in het grafiet.

Het verloop van de ontlaadcyclus vindt echter zelden geheel lineair plaats, vooral niet bij voertuigen met elektrische aandrijving, zoals elektrische stapelaars of elektrische palletwagens. Tijdens het laden wordt een kritisch punt bereikt, waarbij een deel van de metaaloxide-deeltjes het lithium niet kwijt kunnen raken aan de grafietzijde. Daardoor raken ze hun chemische potentiaal langzaamaan kwijt. Wanneer de laadcyclus wordt stopgezet – en het proces wordt omgedraaid – zorgen de lithium-ionen voor een energiepiek bij hun terugkeer. Tegelijkertijd zijn de ‘oude’ metaaloxide-deeltjes onderladen. Zij zorgen ervoor dat bij het opladen van de batterij capaciteit onbenut blijft. Dit wordt het lithium-ion memory effect genoemd.

Bron afbeelding:
© gettyimages.de – Olivier Le Moal