Wat is nu eigenlijk het probleem met lithium-ion batterijen? Ze werken toch fantastisch? Klopt, want ze kunnen erg veel energie opslaan (genoeg om auto’s op te laten rijden), ze hebben geen geheugeneffect (dus mag je ze om het even wanneer laden zonder het risico te lopen ze daarbij te beschadigen) en na enkele weken in de kast liggen, zit er nog steeds even veel energie in. Dat zijn alle redenen waarom we ze wél graag gebruiken. Moeten we er dan bang van zijn? Dat niet, maar we moeten er wel voorzichtig mee omgaan.
Als een lithium-ion batterij een dier was, dan was het wellicht een honingdas: enorm veel pit in een kleine verpakking, erg intelligent, maar ook sacherijnig. O wee als hij niet tevreden is, maak dan maar dat je weg bent. En ontevreden is hij bijzonder snel.
Het rode gebied in onderstaande figuur geeft aan wanneer een lithium-ion cel niet tevreden is. Een lithium-ion cel is de kleinste bouwsteen van een lithium-ion batterij. Hiervan zitten er tientallen in een elektrische fiets, en duizenden in een elektrische auto.
Zoals het rode gebied laat zien is een lithium-ion cel vaak niet tevreden waardoor deze kan gaan branden, dat noemen we een thermal runaway. In de cel vormt zich dan een thermisch proces dat op hol slaat en wat extra vervelend is, is dat je dit niet kunt blussen: éénmaal op gang zit er niet veel anders op dan te wachten tot het voorbij is. Het enige wat je kan doen – bv. in het geval van een elektrische wagen - is koelen met veel water; kleinere batterijen branden vaak snel en erg hevig uit nog voor je er iets aan kan doen.
En dan is er nog de dikke witte rook. Binnen enkele seconden is een ruimte helemaal met rook gevuld zodat je weinig of niets meer kan zien. De rookgassen zijn ook erg giftig, irriterend én brandbaar waardoor een brandweerman in zo’n geval meestal een zuurstoffles moet gebruiken.
Een lithium-cel heeft het graag niet te warm of te koud. Onder 0°C en boven 60°C zal de cel zelfs beschadigd worden wanneer hij op dat moment wordt gebruikt. En eigenlijk heeft een cel het zelfs liefst warmer dan 4°C en kouder dan 45°C. Daarbuiten zal ze wel werken, maar een te zware belasting zal de cel beschadigen.
| Een lithium-ion cel heeft zoals elke elektronische component een inwendige weerstand of impedantie. Wanneer er stroom door vloeit zal ze zichzelf verwarmen. Hierdoor kan een cel toch werken bij temperaturen lager dan 0°C zolang ze zelf maar warmer is. Eénmaal afgekoeld is het geen goed idee de cel te laten werken, dan zal ze beschadigd worden. |
Een lithium-ion cel heeft zoals elke elektronische component een inwendige weerstand of impedantie. Wanneer er stroom door vloeit zal ze zichzelf verwarmen. Hierdoor kan een cel toch werken bij temperaturen lager dan 0°C zolang ze zelf maar warmer is. Eénmaal afgekoeld is het geen goed idee de cel te laten werken, dan zal ze beschadigd worden.
Dit is toch iets waar we rekening mee kunnen houden?
Jazeker, dat kunnen we. Wij niet alleen. De elektronica die wordt toegevoegd houdt dit ook in het oog. Zo zal een elektrisch voertuig niet toelaten dat een lithium-ion batterij te zwaar wordt belast bij te koude temperaturen. Regeneratief remmen bv. zal misschien niet werken in de winter wat dan weer z’n effect heeft op de range.
Een cel heeft liefst een spanning tussen de 3 en 4.5V, afhankelijk van het type cel. Daaronder en -boven zal de cel beschadigd raken wat de capaciteit en ook de levensduur negatief zal beïnvloeden.
Ook hier is het de toegevoegde elektronica die het moet regelen en dat is een serieuze uitdaging. Weet je nog dat die honingdas bovenmatig intelligent was? Het is verrassend hoe geavanceerd een lithium-in batterij is en hoeveel elektronica wordt toegevoegd om de goede werking in het oog te houden en eventueel bij te sturen.
Lost de elektronica dan alles op? Veel, maar niet alles want soms worden er ook handelingen gevraagd van de gebruiker.
Dat lijkt allemaal erg tegenstrijdig. Hoe weten we dan wat we moeten doen?
Luister naar de instructies van de fabrikant!! De fabrikant is de enige die diepere inzichten heeft in de specifieke werking van diens batterijtechnologie.
Er zijn ontzettend veel verschillende soorten lithium-ion cellen en een veelvoud aan batterijen. Cellen kunnen cilindrisch zijn (dat is de vorm die we meestal zien), soms zien cellen eruit als vierkante pannenkoeken (pouch cell), en soms zijn het doosjes die je kunt stapelen (prisma).
De inhoud van zo’n cel bestaat dan weer uit een waaier aan ingrediënten, die telkens weer voor iets andere eigenschappen (capaciteit, duurzaamheid, hoe snel de cel kan laden en ontladen...) zorgen.
Hoe zit het nu, lang in het stopcontact of niet? Soms wel, soms niet…. Het is sowieso geen goed idee om laders lang in het stopcontact te laten, maar dat ligt vaak aan de lader (zie Spot op: Opladers).
Soms kan het echter nuttig zijn voor een lithium-ion batterij om ‘langer dan nodig’ aan de lader te blijven. Het hangt weeral af van de technologie die een fabrikant toepast.
Er bestaat zoiets als het balanceren van de cellen. De cellen zijn eigenlijk allemaal een beetje anders: de ene ontlaadt net dat tikkeltje sneller als de andere en zo kan het na een tijd gebeuren dat er drift zit op de verschillende spanningsniveaus van alle individuele cellen. Als er dan geladen wordt en het niveau van alle cellen wordt maximaal verhoogd, kan het zijn dat sommige cellen te veel worden geladen en sommige te weinig. Diegenen die te veel worden geladen, kunnen dan beschadigd geraken. Dat is dan op zijn beurt weer slecht voor de levensduur, de capaciteit en het risico op zelfontbranding.
Om alle cellen hetzelfde niveau te geven, probeert men ze te balanceren. Dit kan tijdens het laadproces gebeuren waardoor de batterij dan wat meer tijd nodig heeft om te laden tot ongeveer 80% (om alle cellen een gelijke spanning te geven), om tot slot verder te laden tot 100%.
Hoe dit exact gebeurt is alweer afhankelijk van de technologie, dus van de fabrikant. Als gebruiker hoeven we hier niets van te weten, maar het kan wel betekenen dat het soms goed is om een lithium-ion batterij wat meer tijd aan de lader te gunnen, als dit ook het advies van de fabrikant is.
Als er zoveel afhangt van de technologie en de fabrikant, moeten we er zeker van zijn dat we kwalitatieve producten kopen van legitieme fabrikanten. Als consument kunnen we ons hiervan vergewissen wanneer we kiezen voor producten die gehomologeerd zijn voor de Europese markt.
Indien het product geen gelijkvormigheidsattest en een CE-label heeft, dan zou het wel eens kunnen dat het product niet voor onze markt bedoeld is of dat de producent ervoor gekozen heeft kosten te besparen door niet alle testen te laten uitvoeren die hiervoor nodig zijn. Als we voor dergelijke producten kiezen, dan kan dit ons zuur opbreken.
Dat geldt trouwens ook voor de laders waarmee we onze producten opladen (zie Spot op: Opladers).
Beschadigingen die een invloed hebben op de goede conditie van de batterij en de cellen, kunnen door het aantasten van de interne werking leiden tot het uitvallen van het product of zelfs tot brand.
Eenmaal beschadigd kan er een interne kortsluiting ontstaan waardoor de cel zal overgaan tot een op hol geslagen thermische proces. Thermisch, want er komt veel warmte bij vrij, zoveel zelfs dat de cel in brand kan schieten. Dus zelfs als de gebruiker kiest voor een goed product én ervoor zorgt dat de batterij in de juiste omstandigheden gebruikt wordt (pijl verhitting) én de batterij wordt volgens de instructies van de fabrikant correct gebruikt en geladen (trapje kortsluiting en over- en onderladen) dan kan het zijn dat door een ongeval, beschadiging of iets dergelijks, het toch mis loopt.
Lithium-ion batterijen workshop Brandweercongres 2021 - Netwerk Brandweer
Lithium-ion battery, How does it work? - Lesics
The Battery Basics: Understanding Lithium-Ion, Lead-Acid and More - The Engineers Post
Examples of Lithium Battery Fires - Firechief
Safety tips for storing devices with lithium ion batteries at home - CBS New York
 |
MEER WETEN?
|
