LFP-accu

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
LFP-accu
Specificaties
Energie/massa 90 Wh/kg
Energie/inhoud 220 Wh/l
Vermogen/massa max. 900[1] W/kg
Energie/consumentenprijs 1[2] Wh/
Aantal laadcycli 2000
Bronspanning 3,0-3,3 V
Laadtemperatuur 0-40 °C

De LFP-accu of lithium-ijzer-fosfaat-accu is een soort lithium-ion-accu met lithium-ijzer-fosfaat LiFe(PO4) als kathode.

Geschiedenis[bewerken]

LiFePO4 werd ontdekt door de onderzoeksgroep van John Goodenough aan de University of Texas in 1996[3][4] als een kathodemateriaal voor oplaadbare lithiumbatterijen. Vanwege de lage kostprijs, onschadelijkheid, de ruime beschikbaarheid van ijzer, de uitstekende thermische stabiliteit, de veiligheid, goede elektrochemische eigenschappen en hoge specifieke capaciteit (170 mA·h/g) is deze toepassing van het materiaal enigszins positief ontvangen.[5][6] De voornaamste drempel voor commerciële toepassing was de hoge inwendige weerstand. Dit probleem is inmiddels opgelost, deels door het verkleinen van de deeltjesgrootte en door de deeltjes te voorzien van een laagje koolstof, deels door het doteren van het materiaal met kationen als aluminium, niobium en zirkonium. In later onderzoek bleek de aanwezigheid van nanoscopische koolstofdeeltjes de belangrijkste factor voor het verhogen van de geleidbaarheid.

Opladen[bewerken]

Een LFP accu is, mits goed behandeld, niet onveiliger dan bijv. een loodaccu. Te hoog opladen van een LFP accu, tot meer dan 4.2 V per cel, is niet goed en kan gevaarlijk zijn. Als de accu vol is kan meer elektrische energie niet meer omgezet worden in chemische energie en moet dan afgevoerd worden als warmte. Als de laadstroom niet te hoog is kan dat; het gaat wel ten koste van de levensduur van de accu. Maar bij snellading kan de accu te heet worden en opzwellen. De ontstekingstemperatuur is 270° C.

Een goede acculader begint te laden met constante stroom, CC (constant current). De accuspanning wordt daarbij langzaam verhoogd. Als de spanning de maximale waarde bereikt, bijv. 3.7 volt per cel, dan houdt de lader dit voltage enige tijd aan, CV (constant voltage). De laadstroom neemt af. Tenslotte wordt de laadstroom sterk verminderd tot een paar procent van de CC waarde. Een hoge laadstroom, bijv. 100 A voor een accu met 100 Ah capaciteit, is mogelijk.

Niet alle cellen hebben precies dezelfde capaciteit. Ze staan in serie dus krijgen dezelfde laadstroom. De cel met de minste capaciteit is het eerste vol. De spanning van die cel loopt op tot bijv. 4 volt, maar de accuspanning is nog onder de maximale waarde omdat de andere cellen nog gemiddeld bijv. 3.5 volt hebben. De acculader laadt dus door. Om te voorkomen dat die ene cel te heet wordt moet een accu die veel cellen heeft en snel opgeladen kan worden, voorzien zijn van een BMS (battery management system) dat de spanning van elke cel meet. Als een spanning te hoog oploopt wordt die cel een beetje ontladen, bijv. over een weerstand die de warmte afvoert. Als er verbinding is tussen BMS en lader kan deze een signaal krijgen de laadstroom te verminderen.

Ontladen[bewerken]

Bij het ontladen van bijna vol tot bijna leeg is de celspanning vrijwel constant, tussen 3.3 en 3.2 volt. Celspanningen mogen niet verder dalen dan ca 2.5 V, anders treden onomkeerbare chemische reacties en onherstelbare schade op. Daarom moeten de celspanningen gemeten worden door een BMS dat te sterke ontlading verhindert. Hoge pulsstroom is wel toegestaan; een 100 Ah accu kan bijv. 2000 A gedurende 2 s leveren.

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Lithium Iron Phosphate Battery Testing, Zero Emission Vehicles Australia, 8 okt 2007
  2. Lithium Iron Phosphate 'nano' batteries. A Clean, Green Lithium Ion Battery for your Hi Performance Electric Vehicles. Falcon EV, gezien feb 2009
  3. "LiFePO4: A Novel Cathode Material for Rechargeable Batteries", A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy, J.B. Goodenough, Electrochimical Society Meeting Abstracts, 96-1, May, 1996, pp 73
  4. Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries", A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy and J.B. Goodenough, J. Electrochem. Soc., 144, 1188-1194 (1997). .
  5. "Bigger, Cheaper, Safer Batteries: New material charges up lithium-ion battery work" (html). sciencenews.org
  6. Building safer Li ion batteries (html) . houseofbatteries.com