Lithium-ion batterijen


Fotografie » TechTalk » Batterijen » Lithium » Gevaren

Hoe hoger de klemspanning, hoe reaktiever de produkten die bij de samenstelling van de batterij gebruikt worden.

We hebben het hier natuurlijk niet over een de spanning van een batterijpack, maar van een individuele cel. Nickel-ijzer elementen die de laagste klemspanning hebben, zijn ook de meest veilige cellen.

Omdat lithium zo reaktief is kan het niet gebruikt worden in grote aggregaten: door de warmte-ontwikkeling bij het laden kan de batterij spontaan vuur vatten! Regelmatig komen er artikels in de pers: Notebookbatterij ontploft! GSM batterij onveilig! Als een kleine GSM batterij al spontaan vuur kan vatten tijdens het laden, wat zou er gebeuren als een batterij van een electrisch aangedreven auto vuur zou vatten? (met een capaciteit die minstens 3000X hoger is). Enkel bepaalde lithium-technologieŽn zoals LFP en LTO zijn geschikt voor gebruik in voertuigen.


Typische lithium-ion polymeer batterij

De "batterij in een zak" (afbeelding hierboven) kan overal gebruikt worden.
Bij te snelle lading of ontlading komt er zuurstof vrij en de zak blaast op.
Als de batterij ook nog zeer warm wordt (boven de 150į) kan die ontploffen door de reaktie met het lithium (dit gebeurt echter ook bij cylindrische cellen).

Een lithium batterij gebruikt geen waterige electroliet waarbij het water de temperatuursstijging kan opvangen (verdamping of electrolyse). Bij een lithium accu wordt de energie die niet gebruikt kan worden om de batterij op te laden direct omgezet in warmte.

Oorzaak van de emperatuurstijging

De temperatuursverhoging wordt meestal veroorzaakt door een te snelle lading of ontlading of door een slechte warmte-afvoer (smartphone wordt onder de dekens opgeladen), maar ook een natuurlijke opwarming (Coyote geplaatst achter de voorruit) kan schade veroorzaken. Er ontstaat een kettingreaktie: door de stijgende temperatuur wordt het lithium meer reaktief, waardoor die sterker reageren, waardoor de temperatuur verder oploopt tot dat er een ontploffing gebeurt. De produkten die hierbij vrijkomen zijn giftig.

Ook een batterij die volledig ontladen werd en opnieuw geladen wordt kan ontploffen. De lading moet heel langzaam gebeuren totdat de klemspanning boven de 3V komt. De batterijladers en egalisatieschakelingen kunnen een dergelijke veilige lading niet garanderen, daardoor dat de batterijpack zichzelf buiten gebruik stelt als de batterij te ver ontladen wordt. De batterijen zijn waarschijnlijk nog goed (mits correct opgeladen), het is gewoon een veiligheidsmaatregel.

Egalisatie van batterijpacks

Bij lithium-ion batterijen (meerdere cellen in serie) is er geen natuurlijke egalisatie (zoals bij cellen met een waterige electroliet), waarbij alle elementen tot de maximale capaciteit geladen worden. Een lithium-cel die overladen wordt kan de extra energie niet op een veilige manier opvangen. Het element wordt warmer en warmer, totdat de kettingsreaktie opstart. Bij een lithium-ion batterij mag iedere individuele cel absoluut niet overladen worden en moet er dus een electronisch systeem voorzien worden om de cellen te beveiligen (celbalancering).

De eerste lading van een nieuwe batterijpack moet langer duren (soms tot 8 uur naargelang de lader). Zo kan de controle-print in de batterijpack alle cellen mooi egaliseren.

Batterijpacks in autos

In packs die in de auto gebruikt worden, worden de cellen nooit volledig ontladen, maar bevatten ze altijd nog 30% lading: zo is men zeker dat er geen cel onder de limiet komt. Het laden kan dus direct aan een hoge stroom gebeuren.

De cellen worden ook nooit tot 100% geladen, en dit heeft twee voordelen: de packs gaan langer mee en men verliest minder tijd want de laatste percenten oplading duren het langst. Men moet immers absoluut vermijden dat de aangevoerde energie direct in wamte omgezet kan worden.

Vergelijking met andere batterijtypes

Andere batterijtypes zijn niet noodzakelijk betrouwbaarder, maar de reakties kunnen moeilijker uit de hand lopen. Als een loodbatterij of NiMH accu overladen wordt, dan is er electrolyse van het water met produktie van waterstofgas en zuurstofgas (knalgas). Lokalen waar grote batterijen opgeladen worden moeten daarom constant geventileerd worden. Een batterij die zwaar overladen werd verliest zijn water, waardoor de inwendige weerstand van de batterij stijgt.

Accus kunnen ook een zeer sterke stroom leveren en moeten beschermd worden tegen kortsluiting, maar dit geldt ook voor lithium-ion batterijen.

Gevaren


Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren