Nu de wereld zich steeds meer richt op energieopslagoplossingen, is het cruciaal om de kerntechnologie achter deze systemen te begrijpen: batterijen. Bij RICHYE hebben we een gedetailleerde en eenvoudig te volgen gids samengesteld die u helpt de basisprincipes van batterijen en hun toepassingen te begrijpen. Aan het einde van deze bron hebt u een solide basis in batterijtechnologie en bent u goed op weg om kennis te vergaren over deze essentiële industrie. Veel plezier met uw leertraject!

1. Het batterijlandschap

Batterijtypen en hun kenmerken

Primaire batterijen (eenmalig gebruik)

• Zink-koolstofbatterijen: Deze basisbatterijen worden vaak aangetroffen in alledaagse artikelen zoals afstandsbedieningen en wandklokken. Hoewel ze betaalbaar zijn, hebben ze een korte levensduur en een lagere energiedichtheid.

Secundaire batterijen (oplaadbaar)

• Loodzuuraccu's: Loodzuuraccu's worden veel gebruikt in voertuigen en kleine elektrische voertuigen en zijn kosteneffectief en betrouwbaar. Ze zijn echter relatief zwaar en bieden een lagere energiedichtheid vergeleken met nieuwere technologieën.
• Nikkel-Cadmium (NiCd) batterijen: NiCd-batterijen werden vroeger vooral gebruikt in de eerste mobiele telefoons, maar zijn nu grotendeels achterhaald vanwege de impact op het milieu en het geheugeneffect, waardoor hun efficiëntie na verloop van tijd afneemt.
• Nikkel-metaalhydride (NiMH) batterijen: Deze batterijen worden gebruikt in toepassingen die hoge ontladingsstromen nodig hebben, zoals medische apparatuur en hybride voertuigen. Ze zijn milieuvriendelijker en bieden een betere energiedichtheid dan NiCd-batterijen.
• Lithium-ionbatterijen: Lithium-ionbatterijen worden veel gebruikt in moderne elektronica, zoals smartphones en laptops, maar ook in elektrische voertuigen. Ze bieden een hoge energiedichtheid en een lange levensduur, zonder het geheugeneffect dat optreedt bij NiCd-batterijen.

Opkomende technologieën

• Stroombatterijen: Ideaal voor grootschalige energieopslag vanwege hun schaalbare aard, flowbatterijen gebruiken vloeibare elektrolyten gescheiden door een membraan. Ze zijn nog in ontwikkeling voor mobiele toepassingen.

Elk batterijtype heeft specifieke sterke en zwakke punten, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingen in verschillende industrieën. Met technologische vooruitgang wordt verwacht dat nieuwere batterijtypen zoals solid-state en geavanceerde lithium-gebaseerde batterijen de prestaties en veiligheid verder zullen verbeteren.

Opmerking: De term “lithiumbatterij" verwees aanvankelijk naar primaire lithium-metaalbatterijen, die nu verouderd zijn vanwege veiligheidsproblemen. Tegenwoordig verwijst "lithiumbatterijen" doorgaans naar lithium-ionbatterijen. Voorbeelden hiervan zijn de AA- en AAA-droge cellen die dagelijks worden gebruikt, vroege mobiele telefoons met NiMH-batterijen en de lithium-ionbatterijen die veel voorkomen in moderne smartphones, laptops en elektrische voertuigen.

2. Belangrijkste batterijterminologie

SOX: Staat van X

• H (Gezondheid): Geeft de algemene staat van de accu aan.
• C (Capaciteit): Verwijst naar de totale energieopslagcapaciteit van de batterij.
• P (Vermogen): Geeft aan dat de batterij snel energie kan leveren.
• E (Energie): Geeft de energie-inhoud van de batterij weer.

SOC (laadstatus): Deze term beschrijft hoeveel lading een batterij op een bepaald moment kan bevatten, van 0 (volledig ontladen) tot 1 (volledig opgeladen), vergelijkbaar met het meten van het waterniveau in een emmer.

DOD (Diepte van Ontlading): Geeft het percentage van de capaciteit van de batterij aan dat is gebruikt. Een volledig opgeladen batterij heeft een DOD van 0, terwijl een volledig ontladen batterij een DOD van 1 heeft. De relatie tussen DOD en SOC wordt uitgedrukt als: DOD + SOC = 1.

3. Lithium-ionbatterij Classificaties

Op prestatie:

• Vermogenstype: Ontworpen voor een hoog vermogen gedurende korte perioden.
• Energietype: Geoptimaliseerd voor langdurige energieopslag.

Volgens fysieke vorm:

• Cilindrisch: Standaard cilindrische vorm.
• Prismatisch (behuizing van staal/aluminium): Rechthoekige of vierkante vorm met metalen behuizing.
• Zakje (aluminium kunststoffolie): Flexibele, lichtgewicht foliebehuizing.

Op basis van elektrolytmateriaal:

• Vloeibare lithium-ionbatterij (LIB): Gebruikt vloeibare elektrolyten voor energietoepassingen.
• Polymeer-lithium-ionbatterij (PLB): Maakt gebruik van vaste of gelachtige polymeerelektrolyten.

Op basis van kathodemateriaal:

• Lithium-ijzerfosfaat (LFP): Bekend om veiligheid en duurzaamheid.
• Lithiumkobaltoxide (LCO): Biedt een hoge energiedichtheid, maar een kortere levensduur.
• Lithiummangaanoxide (LMO): Zorgt voor een evenwicht tussen kracht en capaciteit.
• Binaire en ternaire batterijen: Omvat variaties zoals LiNiMnO2, LiNiCoO2, NCM en NCA.

Op anodemateriaal:

• Lithiumtitanaat (LTO): Bekend om zijn snelle oplaadsnelheid en hoge cyclusstabiliteit.
• Grafeen- en nano-koolstofvezelbatterijen: Gebruik geavanceerde materialen om de geleidbaarheid en capaciteit te verbeteren.

18650 Batterij: De 18650 is een gestandaardiseerd lithium-ionbatterijmodel, waarbij '18' staat voor een diameter van 18 mm en '65' voor een lengte van 65 mm. Het wordt doorgaans geleverd in lithium-ion- en lithium-ijzerfosfaat (LiFePO4)-varianten, met verschillende capaciteiten en voltages. De standaardisatie zorgt voor betrouwbaarheid en veiligheid, met verbeteringen in de loop van de tijd om potentiële gevaren te voorkomen.

4. Lithium-ionbatterij Spanning en capaciteit

De spanning van lithium-ionbatterijen varieert met de ontladingsstroom, temperatuur en elektrodematerialen. De spanning verandert tijdens het opladen en ontladen, maar de gemiddelde spanning van 3,7 V wordt vaak gebruikt. Vooruitgang in materialen heeft geleid tot variaties in nominale spanningen en capaciteiten, waardoor de prestaties voor verschillende toepassingen zijn geoptimaliseerd.

5. Waarom kiezen voor lithium-ionbatterijen?

Lichtgewicht: Lithium-ionaccu's hebben een hogere energiedichtheid (200-260 Wh/kg) vergeleken met loodzuur- en NiMH-accu's. Hierdoor zijn ze aanzienlijk lichter bij dezelfde capaciteit.

Snel opladen: Lithium-ionbatterijen kunnen in ongeveer 3 uur volledig worden opgeladen, veel sneller dan NiMH-batterijen.

Geen geheugeneffect: In tegenstelling tot NiMH-batterijen hebben lithium-ionbatterijen geen last van het geheugeneffect. Ze behouden hun capaciteit zonder dat er uitgebreide laad- en ontlaadcycli nodig zijn.

Milieuvriendelijk: Vergeleken met loodzuuraccu's zijn lithiumaccu's minder vervuilend en zijn ze beter te recyclen.

6. Veiligheidsoverwegingen voor Lithiumbatterijen

Ondanks hun voordelen vormen lithiumbatterijen veiligheidsrisico's vanwege de zeer reactieve aard van lithium. Problemen zoals thermische runaway, veroorzaakt door overladen, oververhitting of fysieke schade, kunnen leiden tot gevaarlijke reacties. Verbeterde veiligheidsontwerpen en -protocollen zijn cruciaal om deze risico's te beperken.

Thermische wegloper: Kan worden geactiveerd door mechanisch, elektrisch of thermisch misbruik, wat kan leiden tot overmatige hitte en mogelijke veiligheidsrisico's.

7. Toepassingen en toekomstige vooruitzichten

Toepassingen:

• Elektrische voertuigen (EV's): Lithium-ionbatterijen zijn essentieel voor de aandrijving van elektrische auto's. Ze bieden een hoge energiedichtheid en gaan lang mee.
• Opslag van hernieuwbare energie: Wordt gebruikt om energie op te slaan uit intermitterende bronnen zoals zon en wind.
• Consumentenelektronica: Onmisbaar voor apparaten zoals smartphones, laptops en tablets.
• Lucht- en ruimtevaart en defensie: Leveren energie voor satellieten, ruimtevaartuigen en militair materieel.
• Medische hulpmiddelen: Voorzie kritieke apparaten van stroom, zoals pacemakers en draagbare diagnostische hulpmiddelen.

Vooruitgang:

• Vaste-stofbatterijen: Biedt verbeterde veiligheid en energiedichtheid met vaste elektrolyten.
• Lithium-zwavelbatterijen: Streef naar een hogere energiedichtheid en doe voortdurend onderzoek naar de huidige beperkingen.
• Recyclingtechnologieën: Verbetering van de efficiëntie bij het terugwinnen van waardevolle materialen uit gebruikte batterijen.

Toekomstige richtingen:

• Opslag op nutsbedrijfschaal: Toenemend gebruik van netwerkopslag naarmate de kosten dalen.
• Verbeterde veiligheidsfuncties: Doorlopende innovaties om de risico's van lithium-batterijen te verminderen.
• Verbeteringen in de wereldwijde toeleveringsketen: Inspanningen om een stabiele en duurzame aanvoer van kritieke materialen te garanderen.

Deze gids is bedoeld om een grondig begrip te bieden van batterijtechnologieën en hun evoluerende landschap. Bij RICHYE zetten we ons in om u te helpen navigeren en de vooruitgang in batterijtechnologie te benutten voor een duurzamere toekomst.