Oplaadbare batterij
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Oplaadbare batterijen zijn electrochemische cellen die stroom leveren voor o.a. zaklampen en draagbare apparatuur. In tegenstelling tot gewone batterijen kunnen ze worden opgeladen door er een elektrische spanningsbron op aan te sluiten, waardoor de chemische processen in de batterij zich in omgekeerde richting voltrekken vergeleken met het ontladen. Het zijn dus eigenlijk geen batterijen, maar batterijvervangende accu's. Dit betekent dat de afmetingen overeen moeten komen met de standaardbatterijen, alsook de spanning. De externe spanningsbron wordt batterijlader of kortweg lader genoemd.
De accu-technologie heeft de laatste decennia een enorme ontwikkeling doorgemaakt en mede daardoor zijn laptops en mobiele telefoons mogelijk geworden. Voor deze toepassingen worden batterijen gebruikt met droge cellen die geheel zijn afgesloten.
Inhoud |
[bewerken] Batterijvervanging
De eerste typen batterijvervangende accu's waren gebaseerd op nikkel-cadmium. Deze cel heeft een aanmerkelijk lager voltage (1.2) dan de traditionele batterij gebaseerd op zink (1.5).De spanning bij gebruik van de zink-cel is echter in de praktijk lager. (Bijvoorbeeld, in een 4.5 volt zaklamp worden 3.5 volt lampjes gebruikt.) Hierdoor voldeed de nikkel-cadmium cel redelijk. Voor veeleisende toepassingen waarvoor alkaline cellen worden aangeraden zoals digitale camera's, waren ze slecht bruikbaar. De nieuwere nikkel-hydride hebben een iets hoger voltage (boven 1.4 V) en kunnen overal met succes worden ingezet. Overigens wordt nikkel-cadmium steeds minder gebruikt vanwege de grote giftigheid. De nieuwere lithium-ion accu's kunnen helemaal niet als oplaadbare batterijen worden gebruikt, evenmin als lood-accu's omdat de spanning veel te hoog is.
[bewerken] Soorten accu's
In volgorde van toenemende compactheid en prijs gaat het om:
| Type | Kathode | Anode | Elektrolyt | Opmerking | Toepassingsvoorbeeld | Energie-dichtheid (Wh/kg) | Vermogens-dichtheid (W/kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Loodaccu (Pb) | lood(IV)oxide (PbO2) | lood (Pb) | Zwavelzuur | hoog belastbaar | auto's | 30 | 75 |
| Nikkel-cadmium (Ni-Cd) | nikkelhydroxide | cadmium | Pasta van KOH | hoog belastbaar, snel oplaadbaar; kwaliteit gaat achteruit als hij herladen wordt voor hij leeg is (geheugen-effect) | snoerloos gereedschap | 45 | 200 |
| Nikkel-metaalhydride (NiMH) | metaallegering | nikkel/metaalhydride | Pasta van KOH | hogere energiedichtheid, cadmiumvrij, tamelijk hoge zelfontlading | snoerloos gereedschap, laptops, mobiele telefoon | 60 | 175 |
| Nikkel-waterstof (NiH2) | nikkelhydroxide | platinazwart | Kaliumhydroxide | hoog belastbaar, hogere energiedichtheid, cadmiumvrij, lange levensduur | satelliet, ruimtesonde | 75 | ? |
| Lithium-ion (Li-ion) | lithiumverbindingen | grafietmassa | Lithiumzout in oplossing | hoge energiedichtheid, lage zelfontlading, korte levensduur | laptops, modelvliegtuigen, mobiele telefoons | 140 | 180 |
| Lithium ion polymeer | lithiumverbindingen | grafietmassa | kaliumhydroxide | hoogste energiedichtheid (hoger dan li-ion), lage zelfontlading, korte levensduur | laptops, modelvliegtuigen, mobiele telefoons | 130 | 300 |
| Natriumzwavel (NaS) | natrium | zwavel | Aluminium- en natriumoxide | onbeperkt herlaadbaar, moet op hoge temperatuur worden gehouden | experimenteel | 117 (400 Wh/dm³) |
(53 W/dm³) |
| Lithium-zwavel-accu (Li-S) | lithium | zwavel | CF3LiO3S in C4H8O2S | relatief licht: 1 kg/l | elektrisch vliegtuig[1] | 350 | 350 |
Sommige apparaten (bijvoorbeeld telefoons) worden geleverd met een accublok volgens specificaties van de fabrikant. Vervanging is vaak duur. Zo'n accublok bevat echter vaak NiCd- of NiMH-accu's van het standaardformaat.
[bewerken] Loodaccu
 Zie Loodaccu voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Het oudste type accu, dat nog steeds gebruikt wordt, is de loodaccu, ook wel lood-zwavelzuurbatterij of lood-zuurbatterij genoemd. Omdat de spanning niet overeenkomt met die van standaard batterijen kan deze niet gebruikt worden als oplaadbare batterij. Deze is van het natte cel type, en bevat vloeistoffen in niet-afgesloten containers, zodat de batterij te allen tijde rechtop dient te staan. De ruimte waarin hij zich bevindt moet goed geventileerd worden, vanwege de explosieve combinatie van zuurstof en waterstof die vrijkomt als de batterij wordt overladen. De lood-zuurbatterij is ook relatief zwaar in verhouding tot de hoeveelheid energie die hij kan leveren. De energiedichtheid van dit soort accu is het laagst van alle oplaadbare accu's: 30 Wh/kg. Ook de vermogensdichtheid is het laagst: 75 W/kg accu. De energiedichtheid geeft aan hoeveel energie er per kilogram accu opgeslagen kan worden. De vermogensdichtheid staat voor de arbeid per seconde die de accu per kilogram kan leveren. Bij deze accu beide niet veel. Desondanks wordt dit type batterij veel gebruikt, vooral vanwege de lage productiekosten en de grote elektrische stroom die het kan leveren. Een duurder type lood-zuurbatterij, de gel-batterij, bevat een elektrolyt die is geïmmobiliseerd in de vorm van gel.
[bewerken] Nikkel-cadmium (NiCd)
| Zie Nikkel-cadmium-accu voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
De Ni-Cd accu is een droge accu. Dit betekent dat er geen vloeistoffen in de accu aanwezig zijn. Het grootste nadeel van de NiCd-batterijen is het gebruik van het giftige Cadmium.
De NiCd-batterijen hebben last van het zogenaamde geheugeneffect: wanneer een NiCd-batterij steeds opgeladen wordt, terwijl de batterij nog niet goed ontladen was, dan neemt uiteindelijk de capaciteit af. De twee grootste voordelen van Cadmium accu's zijn: Goedkoper dan andere oplaadbare accu's en de hoogst af te geven stroom. Cadmium accu's zijn veel beter te gebruiken in bijvoorbeeld elektrisch gereedschap met een zwaar belaste elektromotor. De energiedichtheid van Ni-Cd accu's is laag: 45Wh/kg accu. Daarentegen is de vermogensdichtheid van dit soort accu's het hoogst: 200W/kg. Vanaf 2006 werden steeds minder NiCd-batterijen gebruikt en won NiMH terrein.
[bewerken] Nikkel-metaalhydride (NiMH)
| Zie Nikkel-metaalhydride-accu voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
De NiMH-batterijen hebben veel minder last van het geheugeneffect zoals NiCd-batterijen. De NiMH-batterijen kunnen echter minder goed tegen te lage en te hoge temperaturen. Bij lage temperaturen verliest de batterij zijn lading en bij hoge temperaturen raakt de batterij beschadigd. Bij welke temperatuur dat gebeurt hangt sterk af van het merk en de kwaliteit. Een NiMH-batterij kan beter niet volledig ontladen worden. Bij elektronische apparatuur is dat geen probleem, doordat deze apparatuur zichzelf tijdig uitschakelt, maar bij een zaklantaarn met een gloeilampje kan de batterij volledig ontladen worden. Bij goed gebruik gaat de NiMH-batterij veel langer mee dan een NiCd-batterij. De energiedichtheid van Ni-MH accu's ligt tussen die van Ni-cd accu's en Li-Ion accu's in: 60Wh/kg. De vermogensdichtheid is het laagst van de 3 soorten: 175W/kg.
De eerste NiMH-batterijen konden weinig stroom leveren en hadden een lage capaciteit. In de jaren 2000 tot 2006 verbeterde de capaciteit en de te leveren stroom sterk voor batterijen van dezelfde grootte. Er kwamen accu-cellen beschikbaar met een capaciteit van 15 Ah.
Doordat de gewone NiMH- en de NiCd-batterijen een vrij grote zelfontlading hebben, zijn deze niet geschikt voor apparaten die maar weinig stroom gebruiken (zoals afstandbedieningen en klokken). Vanaf 2008 zijn er verschillende soorten van deze NiMH-batterijen met weinig zelfontlading te koop. Bijvoorbeeld de Recyko+ serie van fabrikant GP en de Eneloop serie van fabrikant Sanyo, die in de meeste gewone batterijladers opgeladen kan worden.
[bewerken] Lithium-ion (Li-ion)
| Zie Lithium-ion-accu voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
De Li-ion batterij kan meer lading bevatten dan de NiCd- en de NiMH-batterij. Per kilogram accu kan de grootste hoeveelheid energie opgeslagen worden (140Wh/kg). In het laboratorium kan bij een testopstelling de Li-ion-accu ook veel vaker opgeladen worden. Een duurdere constructie met een polymeer heeft nog betere eigenschappen. De vermogensdichtheid van dit soort accu ligt tussen die van de Ni-MH en Ni-Cd accu in: 180W/kg
In de praktijk blijkt de Li-ion echter kwetsbaar. Bij veel apparaten zit een Li-ion-batterij vast ingebouwd. Indien de batterij stuk gaat, is het niet altijd rendabel om nog een nieuwe accu te kopen. Vanwege de chemische samenstelling is het mogelijk dat Li-ion batterijen bij een defect tot zelfontbranding komen. Daarbij komt zuurstof vrij waardoor er flinke steekvlammen kunnen ontstaan. Maar wanneer de originele lader voor de Li-ion batterij gebruikt wordt en de batterij wordt gebruikt waar hij voor bedoeld is, is de kans op schade zeer klein. Een ander (minder bekend) nadeel is dat de Li-ion batterij zijn capaciteit al begint te verliezen, gelijk nadat hij gefabriceerd is. Bij 25 graden celsius is dit ongeveer 20 % per jaar, dit loopt op bij hogere temperaturen. Door dit chemisch verval gaat bijvoorbeeld een laptopaccu typisch 3 tot 5 jaar mee.
[bewerken] Natrium-zwavel (NaS)
| Zie Natrium-zwavel-accu voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Deze heeft een vast elektrolyt en vloeibare elektroden. De elektroden zijn van natrium (min) en zwavel (plus). Het elektrolyt is van aluminium- en natriumoxide, Deze accu kan onbeperkt worden geladen en ontladen zonder dat de levensduur vermindert. Nadeel is echter dat de accu op een hoge temperatuur moet worden gehouden, minstens 300 graden, ook als de accu niet in gebruik is.
[bewerken] Zie ook
[bewerken] Externe link
| Referenties: |
|
 |
Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden in de categorie Electric batteries van Wikimedia Commons. |
