Alles over batterijen
De techniek van oplaadbare batterijen
Over de achtergronden van oplaadbare batterijen valt veel te vertellen. En dat verhaal is best technisch. Klikt u verder op deze pagina's, dan gaan wij ervan uit dat u geïnteresseerd bent in deze materie. Diverse technische termen zijn dan noodzakelijk.
Klik hieronder op de hoofdstukken waarover u meer wilt weten.
Hoe werkt een batterij?
Een batterij is eigenlijk een vat met twee metalen plaatjes (elektrodes), gevuld met een chemische stoffen. Deze stoffen bevatten elektrisch geladen ionen. Ionen zijn atomen die een elektrische lading hebben gekregen van (of afgegeven aan) elektronen. Afhankelijk van het soort batterij kunnen atomen bij de negatieve elektrode veranderen in positief geladen ionen. Het omgekeerde vindt plaats bij de positieve elektrode.Terug
De vier onderdelen van een batterij
-
Een negatieve elektrode (anode): tijdens ontladen neemt de anode elektronen op van het externe circuit.
-
Een positieve elektrode (kathode): tijdens ontladen geeft de kathode elektronen af aan het externe circuit.
-
Een separator: scheidt de anode en de kathode van elkaar. Maar deze niet-geleidende kunststof strip (vaak folie) moet toch poreus zijn om elektronen en ionen door te kunnen laten.
-
Elektrolyt: dit geleidend laagje (vaak vloeibaar) zorgt ervoor dat elektronen snel van de ene elektrode naar de andere elektrode kunnen vloeien. Terug
Wat gebeurt er als je een batterij aansluit?
De stroom komt alleen op gang als de batterij zich in een gesloten circuit bevindt; dat wil zeggen als de plus- en minpool met elkaar verbonden zijn via bijvoorbeeld een lampje of een apparaat.
Daarmee start de elektrochemische reactie aan de negatieve elektrode, die elektronen gaat produceren, terwijl een tweede reactie elektronen consumeert bij de positief geladen elektrode.
Beide elektrodes bestaan uit verschillende materialen die elektronen naar de terminals laten stromen. Maar de separator voorkomt dat de elektronen tússen de elektrodes ín de batterij bewegen; dat is alleen voorbehouden aan de ionen. De enige manier voor elektronen om van de ene naar de andere elektrode te reizen is via het externe elektrische circuit buiten de batterij. Als dit gebeurt treedt er een spanningsverschil op waardoor het aangesloten apparaat gaat werken.
Tegelijkertijd gebeurt er binnenin de accu ook nog het een en ander. De elektronen die ‘van buitenaf’ naar de positieve elektrode stromen, gaan hiermee een reactie aan. Deze reactie zorgt ervoor dat de ionen door het elektrolyt (dus ín de accu) naar de andere geleider gaan. Bij de negatieve elektrode vindt ook weer een reactie plaats waardoor er opnieuw elektronen ontstaan die weer worden afgegeven aan het externe circuit.
Dit proces gaat net zolang door totdat de elektroden verzadigd raken en geen reactie meer aangaan. Op dat moment is de batterij leeg. Terug
Wat gebeurt er als je een batterij oplaadt?
Om batterijen weer op te laden wordt het proces simpelweg omgekeerd.
De toegevoerde elektriciteit wordt terug omgezet in een chemische reactie. De lader haalt de negatief geladen elektronen van de positieve elektrode af en voert ze toe aan de negatieve elektrode. Door de energie die in de batterij wordt geforceerd nemen de actieve chemicaliën weer hun begintoestand aan. Terug
De verschillende soorten batterijen
Afhankelijk van de gebruikte materiaalsoorten als kathode en anode onderscheiden we verschillende soorten batterijen.
Nikkel-metaalhydride batterijen
Lithium-polymeer batterijen
Lithium-polymeer batterijen gebruiken als elektrolyt een droge, flexibele polymeer. Van nature heeft deze droge polymeer een slechte geleiding en te hoge interne weerstand. Om dit te verbeteren, is een elektrolyt-gel toegevoegd. Deze batterijen kunnen overigens beter Lithium Ion Polymeer worden genoemd. Polymeer cellen hebben een flexibele, folie-type behuizing; een metalen omhulsel is niet nodig en daardoor zijn ze veel lichter van gewicht.
Een LiPo cel heeft een dikte van minder dan een millimeter; de dunste cellen zijn slechts 4mm dik. Dankzij hun flexibiliteit kunnen ze worden gemaakt in allerlei vormen en maten, specifiek gevormd naar het apparaat waarin ie komt. Een enkele LiPo cel geeft, net als een Li-ion cel een spanning af van 3,7 volt. Dit in tegenstelling tot NiCd of NiMH cellen die 1,2 volt afgeven.
Een LiPo cel heeft geen last van het geheugeneffect. De energiedichtheid en de vermogensdichtheid bereiken de hoogste waarden van alle soorten accu’s; dat komt mede door de afwezigheid van een metalen behuizing die normaal gesproken flink meetelt in het totaalgewicht.
De productie van LiPo accu’s is evenwel duurder dan van andere batterijen.Gebruik
Vanwege het lage gewicht, de beperkte omvang en de flexibele vorm worden LiPo accu’s vooral gebruikt bij kleine apparaten zoals iPods en RC modelbouw. LiPo batterijen kunnen in allerlei vormen en maten worden vervaardigd; ze zijn niet afhankelijk van de vorm van individuele cilindervormige cellen, noch van de metalen behuizing daaromheen.
Fabrikanten van laptops, PDA’s, mobieltjes en MP3-spelers passen nu op grote schaal lithium-polymeer accu’s toe omdat ze eenvoudig in de nog beschikbare kleine – vaak platte - ruimtes van apparatuur geplaatst kunnen worden: de batterijen zijn immers flexibel.
Net als Lithium–ion batterijen mogen LiPo accu’s niet te diep ontladen worden. Normaal wordt het uitschakelcircuit actief bij een celspanning van 3.0 Volt. Komt de celspanning beneden 2.5 Volt, dan zorgt dit voor een permanente beschadiging. Het laden van een LiPo accu gaat vrij snel. In zo'n 1 à 1,5 uur is een LiPo batterij opgeladen. Wel is het belangrijk te beseffen dat het opladen van een LiPo accu op de juiste manier en met de juiste LiPo lader gebeurt. Het opladen in een verkeerde lader kan de temperatuur in de batterijen flink doen oplopen, waardoor de behuizing zal opzwellen en uiteindelijk uit elkaar zal spatten. Er zijn dan ook speciale LiPo acculaders nodig om deze oververhitting te voorkomen. Bij extreme hitte – bv. in een auto die in de zon geparkeerd staat kan het wel
Voornaamste kenmerken:
- compacte vorm, met hoge celspanning (3.7 Volt)
- Zeer licht van gewicht
- Flexibel te vormen naar het apparaat
- Hoogste energie- en vermogensdichtheidNadelen
- Hoge kostprijs
- Iets mindere capaciteit dan Li-ion
- Niet bestand tegen grote hitte en kou
- Slecht bestand tegen te hoge en te lage spanningen terug
Lithium-ion batterijen
Lithium is de lichtste van alle metaalsoorten, met een groot elektrochemisch potentiaal en de grootste energiedichtheid. De anode van een lithium-ion accu bevat lithium ionen, opgelost in carbon (koolstof). De kathode wordt gevormd door een lithium-oxide met de metaalsoort cobalt of manganese. Het elektrolyt bestaat uit lithium zout.
De Li-ion batterij kan per kilogram accu beduidend meer energie opslaan dan een NiMH accu (140Wh/kg energiedichtheid). De vermogensdichtheid van dit soort accu ligt echter weer lager dan bij NiMH en NiCd. Elke Li-ion cel heeft een hoog voltage of 3.6 Volt; voor camera’s en gsm’s is het daarom vaak voldoende om één cel in te zetten. Bij een NiMH accu zou je dan al direct drie 1,2 Volt cellen nodig hebben om aan de gewenste spanning te komen. Voor de cilindervormige Lithium-ion cellen bestaat als alternatief de rechthoekige vorm, waardoor ze in hele platte accupacks passen. Deze prismatische cellen hebben een iets geringere energiedichtheid en zijn duurder om te produceren.
Lithium-ion accu’s zijn momenteel een van de populairste accutypes voor alle soorten draagbare elektronica, met een van de beste energie/gewicht verhoudingen, geen geheugeneffect en een uiterst geringe zelfontlading, minder dan de helft van NiMH. Een Li-ion accu vraagt ook geen onderhoud. Het verlies aan capaciteit is alleen aan veroudering te danken, of de batterij nu gebruikt wordt of niet. Het is wel zo dat een Li-ion batterij zijn capaciteit al begint te verliezen direct na fabricage. Bij
Laad de Li-ion accu liever iets vaker op, ook al is ie nog lang niet leeg; aanbevolen wordt om wanneer nog circa 20% van de capaciteit resteert de batterij alweer op te laden. Het energiebeheer schakelt een laptop meestal pas uit wanneer nog slechts 3% capaciteit over is, maar eigenlijk dient u ruimschoots van tevoren al de Li-ion accu te hebben opgeladen. Li-ion accu’s gaan langer mee met gedeeltelijke ontladingen dan met volledige ontladingen. Volledige ontladingen kunnen de accu onherstelbaar beschadigen; een te lage spanning kan zelfs het beveiligingscircuit uitschakelen. Bij het opladen mag een Li-ion accu gewoon aan de lader blijven hangen wanneer ie vol is - er treedt namelijk geen geheugen-effect op zoals bij nikkel-gebaseerde accu’s. Maar vanwege de hoge temperatuur in de laptop is het toch beter om ‘m dan uit te nemen of het netsnoer te ontkoppelen. Want de Li-ion batterij dient wel redelijk koel te blijven en niet warmer te worden dan Bij
Voornaamste kenmerken
- Hoge energiedichtheid
- Compacte vorm, met hoge celspanning (3.7 Volt)
- Geen onderhoud nodig
- Lage zelfontlading
- Geen geheugeneffectNadelen
- Veroudering begint direct na fabricage
- Niet bestand tegen diepontlading
- Niet bestand tegen grote hitte en kou terug
Nikkel-metaalhydride batterijen
Nikkel-metaalhydride batterijen bevatten een nikkel-hydroxide kathode en een anode uit metaalhydride, een verbinding van metaal en waterstof. De basisstructuur is gelijk aan die van NiCd. NiMH batterijen hebben een hogere energiedichtheid dan NiCd. Een NiMH accu kan twee- tot driemaal de capaciteit van een even grote NiCd accu hebben en is dus geschikter voor compactere toepassingen zoals laptops.
De typische NiMH cellen in een accupack hebben een spanning van 1.2 Volt, identiek aan NiCd cellen. Maar hun levensduur is minder lang met circa 400 cycli. Voor kleinere toepassingen kunnen ook prismatische (rechthoekige) NiMH cellen worden ingezet met iets minder energiedichtheid (60Wh/kg) en kortere levensduur (300 cycli).
NiMH batterijen kunnen veel slechter tegen diepontlading, lage en hoge temperaturen dan NiCd. Door hun hoge zelfontlading (circa 30% per maand) zijn ze niet geschikt voor toepassingen die weinig energie gebruiken, zoals klokken, of toepassingen die sporadisch worden gebruikt, zoals zaklampen. Het energieverlies door zelfontlading is groter dan het verbruik; dan zijn alkaline wegwerpbatterijen geschikter. NiMH accu’s hebben een hogere interne weerstand en zijn daardoor geschikter voor toepassingen met geleidelijkere stroomafname zoals mobiele telefoons, videocamera’s en laptops. Zelfs de hybride auto’s van Toyota/Lexus maken gebruik van NiMH cellen. Voor superzware toepassingen zoals powertools of radio’s zijn NiMH accu’s minder geschikt. Op alle fronten verliest NiMH momenteel veel terrein aan Li-ion.
NiMH accu’s kunnen aanmerkelijk sneller worden opgeladen dan NiCd. Net als NiCd batterijen moeten NiMH accu’s de eerste keer volledig ‘doorgeladen’ worden. Alleen hebben NiMH accu’s ook in de eerste laadfase het liefst een snelle oplading. Ook is eenzelfde onderhoudsmaatregel nodig eens in de 2 à 3 maanden: de accu volledig ontladen en weer opladen. Herhaaldelijk opladen van een niet geheel lege accu leidt namelijk tot het geheugeneffect: een geleidelijk verlies aan capaciteit. Dit treedt bij NiMH accu’s wel in mindere mate op dan bij NiCd accu’s. Het is zaak om voor NiMH accu’s de juiste laders te gebruiken; gebruikt u een notebook-adapter als lader dan hoeft u zich bij toepassing van de aanbevolen accu nergens zorgen om te maken; het laadproces wordt volledig automatisch geregeld. Bovendien zijn de meeste accu’s zodanig ontworpen dat ze gewoon stoppen met de lader te gebruiken als ze vol zijn. Een externe lader voor NiMH accu’s kan ook NiCd batterijen opladen, maar andersom niet. Een pure NiCd lader zou een NiMH batterij overladen.
Voornaamste kenmerken
- 30-40% meer capaciteit dan NiCd
- Snel op te laden
- Lage productiekosten
- Minder giftige stoffenNadelen
- Geheugeneffect (minder erg dan NiCd)
- Lage energiedichtheid
- Hoogste zelfontlading
- Minder lange levensduur
- Minder fool-proof terug
Nikkel-cadmium batterijen
Nikkel-Cadmium batterijen bevatten een kathode van nikkel en een anode van cadmium. Als separator om positieve en negatieve elektrode van elkaar te scheiden fungeert een poreuze kunststof die met de geleidende vloeistof potassium hydoxide (het elektrolyt) wordt doordrenkt.
Nikkel-cadmium batterijen hebben een lage energiedichtheid van 45Wh/kg, maar daarentegen weer een relatief hoge vermogensdichtheid van 200W/kg.De levensduur van een NiCd is de langste van alle soorten oplaadbare batterijen; bij een juiste behandeling doorstaat dit type accu meer dan 1000 ontlaad/laad cycli. Per cel levert een NiCd batterij ongeveer 1.2 Volt.
NiCd batterijen zijn het beste bestand tegen heavy-duty omstandigheden, zoals hoge temperaturen, lange belastingen, diepe ontlading en veel cycli. Geen wonder dat ze hun gebruik vinden in zware toepassingen zoals powertools, speelgoed, radio’s. Het grootste nadeel van NiCd batterijen is het geheugeneffect: ze verliezen geleidelijk hun maximale energie-capaciteit bij telkens opladen zonder volledig leeg te zijn geweest.
Vóór de eerste ingebruikname dient een NiCd batterij volledig te worden opgeladen. Dit mag niet met een snellader gebeuren, maar moet op een langzame manier gebeuren, minimaal 12 tot 24 uur. Zo worden alle individuele cellen tot één gelijk niveau opgeladen. Vervolgens moet de accu weer volledig worden ontladen (totdat de laptop uitschakelt) en deze cyclus herhaalt u 3 à 4 keer. Deze keren kunt u naar wens wel een snellader gebruiken, zodat het opladen 3 à 4 uur duurt. Ontladen kunt u elke gewoon doen door de laptop te gebruiken. Op deze manier zorgt ervoor dat u de accu zo lang mogelijk kunt blijven gebruiken met de meeste werktijd per keer. Als onderhoudsmaatregel dient een NiCd batterij elke 1 à 2 maanden volledig te worden ontladen en weer opgeladen. Dit ter voorkoming van het geheugeneffect. NiCd accu’s kunnen worden snelgeladen tot ca. 70%; dit kan in tijd variëren van enkele minuten bij heel snelle laders tot een hele nacht bij langzame laders. Daarna accepteert de batterij moeilijker de lading en schakelt de lader over op druppellading om tot 100% te komen.
Voornaamste kenmerken:
- Bestand tegen heavy-duty omstandigheden
- Vergevingsgezind; kunnen tegen diepe, langdurige ontladingen
- Hoge vermogensdichtheid
- Langste levensduur
- Lage productiekostenNadelen
- Geheugeneffect
- Lage energiedichtheid
- Onderhoud nodig
- Giftige stoffen (cadmium) terug
Loodzuur batterijen
Het oudste type oplaadbare batterij dat nog steeds gebruikt wordt, is de loodaccu, ook wel lood-zwavelzuurbatterij of loodzuur batterij genoemd. Bij een loodzuur accu bestaat de kathode uit lood-dioxide en de anode uit lood. De separatoren scheiden deze platen lood-dioxide en lood van elkaar. Een zwavelzuur/water-mengsel wordt als elektrolyt (de geleidende vloeistof) ingezet. Dit is een zogenaamde ‘natte cel’, met vloeistoffen in niet-afgesloten containers, zodat de batterij altijd rechtop moet staan in een goed geventileerde ruimte. Bij overladen kan er namelijk een explosieve combinatie van zuurstof en waterstof vrijkomen.
Bij de onderhoudsvrije gel-variant is het vloeibare elektrolyt omgevormd tot een gel, die vaster op z’n plaats blijft; bijvullen is niet meer nodig. De loodzuur accu is zwaar in verhouding tot de geleverde hoeveelheid energie. De energiedichtheid is het laagst van alle oplaadbare accu's: 30 Wh/kg. Ook de vermogensdichtheid is het laagst: 75 W/kg accu.
Niettemin wordt dit type accu veel gebruikt, want de productiekosten zijn laag en de te leveren elektrische stroom is groot. De celspanning bedraagt circa 2 Volt; voor een auto zijn dus 6 cellen vereist, voor een vrachtwagen 12 cellen.Gebruik
Loodzuur batterijen zijn het geschiktst voor grotere powertoepassingen waar gewicht geen rol speelt. Bijvoorbeeld voor auto-accu’s en UPS back-up accu’s (om home-office computers te beschermen tegen stroomuitval). Voor het starten van een auto kan een loodaccu meer dan 200A leveren, maar dan wel gedurende een heel korte tijd. Loodaccu’s zijn weinig temperatuurgevoelig en vormen in die zin ook een positieve uitzondering op alle andere soorten batterijen.
Loodzuur accu’s kunnen slecht tegen diep-ontladen en zijn er ook niet tegen beschermd; dat geldt zelfs voor de zogenaamde deep-cycle accu’s. Neem als voorbeeld uw auto-accu die geheel leegraakt nadat u de verlichting heeft vergeten te doven. Een startaccu die helemaal is leeggetrokken laadt nog wel enigszins op, maar moet na enkele maanden toch vervangen worden omdat het steeds moeilijker wordt de auto te starten.
De zelfontlading bij startaccu’s is hoog: wel 10% per maand. Een auto die langer dan 10 maanden stilstaat zal ook zeer moeilijk te starten zijn. Een autoaccu wordt tijdens het rijden door de dynamo geladen met een laadspanning tussen 13,8 en 14,1 volt. Bij 14,4 volt wordt de gasspanning van de accu bereikt; de accu gaat koken en loopt schade op. Voor een externe lader geldt gedeeltelijk hetzelfde. Een loodacculader dient dus over een gereguleerde laadspanning te beschikken, die overgaat op druppelladen wanneer de accu opgeladen is en aangekoppeld blijft.
Voornaamste kenmerken:
- Levert grote elektrische stromen
- Lage productiekosten
- Inzetbaar bij lage en hoge stromen
- Temperatuur-ongevoeligNadelen
- Zwaar van gewicht
- Altijd rechtop, in geventileerde ruimte (muv gel accu's)
- Laagste energiedichtheid van alle soorten
- Laagste vermogensdichtheid van alle soorten
- Kunnen slecht tegen diep-ontlading
- Giftige stoffen (lood) terug
Vergelijkingstabel batterijsoorten
Een handig overzicht van de verschillende batterijsoorten vindt u hier.
Tips voor de levensduur van uw batterijen
De specifieke aanwijzingen voor het laden en ontladen van de verschillende batterijsoorten vindt u bij de omschrijving van elke batterij. Volgende tips gelden voor alle batterijen:
- De accu´s krijgen hun maximale kracht pas na ca. 5 ontladingen en ladingen. Met name de eerste vullingen bij de fabrikant, dealer of u zijn erg belangrijk.
In de eerste fase worden de cellen van de accu gevormd. - Het continue diepontladen van iedere accu beperkt de levensduur enorm. Loodaccu´s zijn hiervoor het meest kwetsbaar (soms na 50 ontladingen reeds versleten).
- Indien de accu´s tussen de 25% en 50% worden leeggereden voordat ze opnieuw worden geladen stijgt de levensduur aanzienlijk.
- Het voor langere tijd wegzetten van een niet geladen accu verkort de levensduur en de actieradius. Loodaccu´s gaan zeer snel kapot indien zij ongeladen worden weggezet. Het verdient dus aanbeveling na gebruik de accu direct op te laden.
- Ook het regelmatig bijladen van een niet opgeslagen accu is verstandig.
(min. 1 x per maand). - Het laden en bewaren van een accu in de wintermaanden gebeurt bij voorkeur in een verwarmde ruimte. Lage temperaturen beïnvloeden de werking van de accu. Terug
Prijslijst batterijen
In verwerking Terug
Voor verdere vragen of info kunt u steeds terecht op info@garagevitesse.be of telefonisch op het nummer 03/780.34.20 of u komt gewoon even langs natuurlijk !
Garage Vitesse l Europark Noord 4 l 9100 Sint-Niklaas
Blijf op de hoogte en registreer u gratis voor onze NIEUWSBRIEF !!
