Fotografie

Lithium Primaire batterijen


Fotografie » TechTalk » Batterijen » Lithium » Lithium niet oplaadbaar

De lithium ijzer sulfide batterijen zijn primaire batterijen (zij kunnen niet opgeladen worden). Ze worden gebruikt als hoogwaardige vervanger van de alkaline batterijen voor speciale toepassingen. Ze zijn ideaal om zware verbruikers te voeden (flitsers, digitale fototoestellen en dergelijke).

Deze batterij bestaat uit lithium ijzer disulfide (LiFeS2) met een klemspanning van 1.5V zoals de klassieke batterij. Een pool is zuiver lithium metaal. Omdat lithium met water reageert is het electroliet niet gebaseerd op een waterige oplossing.

Deze batterij kan een veel hogere stroom leveren (intern beperkt tot 3A door een PTC veiligheid). De PTC weerstand is een weerstand die een zeer lage waarde heeft in koude toestand en plots hoogomig wordt vanaf een bepaalde temperatuur. Zo'n PTC weerstand fungeert zo als automatische zelf-herstellende zekering. Door de afwezigheid van water kan de batterij over een breed temperatuurgebied werken (de batterij presteert echter beter bij temperaturen tussen 20 en 60įC). De batterij bewaart zijn lading minstens 10 jaar (nauwelijks zelfontlading).

De batterij heeft een veel hogere klemspanning dan de 1.5V van de zink-koolstof batterijen. Door bepaalde elementen toe te voegen aan het electroliet kan men de batterijspanning verlagen, maar dit is enkel het geval als de batterij belast wordt. De onbelaste klemspanning bedraagt 1.80V. De spanning zakt direct als de batterij belast wordt (tot ongeveer 1.50V), maar blijft redelijk constant gedurende de volledige ontlading.

De reaktie gebeurt in twee stappen en dat is ook te merken aan de ontlading met twee plateaus. Deze zijn echter enkel te zien bij een trage ontlading.

Als men de batterij meet in onbelaste toestand, en men meet een spanning van minder dan 1.70V, dan is de batterij leeg. Onbelast stijgt de spanning altijd terug naar deze waarde, maar de batterij kan geen stroom meer leveren (de spanning zakt in elkaar bij de minste belasting).

De constructie van de lithium batterijen is verschillend van die van de zink-koolstof batterijen. De batterij bestaat uit opeenvolgende lagen van zuiver lithium (de anode) en ijzer disulfide in pastavorm gescheiden door een electroliet. De contactoppervlakte is enorm groot in vergelijking met alkaline batterijen en deze cellen kunnen een hoge stroom leveren. De lagen worden opgerold bij cylindrische cellen en plat opgestapeld bij prismatische cellen. Dezelfde struktuur is ook te vinden bij lithium-ion accus.

Deze batterijen zijn moeilijker te vinden, maar zijn zeker de moeite als reserve-batterij (noodverlichting, batterijen voor de flitser in noodgeval, enz).

Lithium primaire batterijen opnieuw opladen

De zeer vlakke ontladingscurve van deze lithium batterijen toont aan dat de batterijen opnieuw opgeladen kunnen worden (hoge Coulomb efficiŽntie), maar de fabrikanten hebben besloten geen gebruik te maken van deze mogelijkheid, en met goede reden.

Lithium is een zeer reaktief metaal en er kan brandgevaar ontstaan als een batterij overladen wordt. De primaire batterijen gebruiken lithium als metaal en zijn dus in theorie nog gevaarlijker dan lithium-ion batterijen (de oplaadbare batterijen waar er geen metalisch lithium aanwezig is). Lithium is een metaal die spontaan vuur kan vatten en hevig reageert als het met water in contact komt. Het is niet mogelijk brandend lithium te blussen met een klassieke brandblusser, en zeker niet met water!

Zoals zink heeft lithium de neiging dendrieten te vormen als de batterij opgeladen wordt. De dendrieten kunnen kortsluiting maken met de andere pool. Deze batterijen kunnen een zeer hoge stroom leveren, die met een thermische zekering beperkt wordt (PTC). Als de kortsluiting intern gebeurt, dan werkt de veiligheid niet en kan de batterij exploderen. Bij de explosie kunnen er giftige dampen vrijkomen (

Bij het tot stand brengen van de lithium oplaadbare batterijen heeft men vroeger gewerkt met lithium als metaal. De problemen die te maken hadden met de veiligheid waren echter onoverkomelijk. Probeer dus niet opnieuw het warm water uit te vinden! Enkel batterijen waarbij het lithium gebonden is aan andere chemische stoffen kunnen gebruikt worden als oplaadbare batterijen (lithium-ion). De capaciteit is lager geworden dan bij cellen met zuiver lithium, maar de werking is veiliger zodat de cellen ook opgeladen kunnen worden.

In tegenstelling met alkaline batterijen kan ik dus niet aanraden om een batterijlader voor primaire lithium batterijen te maken. In ieder geval moet je werken met een laadspanning die hoger is dan 1.70 - 1.75V, aangezien dit de open klemspanning van een lithium batterij is (open klemspanning = rusttoestand: de batterij wordt niet ontladen noch opgeladen). De additieven die de batterijspanning verminderen naar 1.50V worden aktief als men de batterij probeert op te laden.

Het is trouwens niet de eerste keer dat de technologie voor oplaadbare batterijen gebruikt wordt in toepassingen waar de batterij niet opnieuw geladen wordt na gebruik: de batterijen voor de servo-sturing van de V2 raketten waren lood-accus: enkel deze batterijen konden voldoende stroom leveren tijdens de korte vlucht (1 minuut aandrijving). Een V2-raket is per definitie een toepassing waarbij de batterij achteraf niet meer opgeladen wordt.

Lithium-ijzer disulfide batterijen hebben een zeer constante spanning gedurende de volledige ontlading. Het verloop is vergelijkbaar met die van NiMH batterijen (maar de spanning is hoger). Op deze grafiek zie je hoe slecht alkaline batterijen in feite presteren.

Ontladingscurves
De ontladingscurve die getoont wordt is een ontladingscurve met belasting aan constant vermogen. Apparaten die een geschakelde voeding hebben trekken een constant vermogen, waarbij de stroom alsmaar hoger wordt als de spanning lager wordt. De zink-koolstof batterijen (saline of alkaline batterijen) houden niet van een dergelijke ontlading, want ze moeten meer stroom produceren op het moment dat de batterij leeg geraakt, en de batterij meer en meer moeite heeft om de nodige stroom te leveren. Uit de grafiek zou je denken dat een alkaline batterij een capaciteit heeft die minder dan de helft is van die van een lithium batterij. In feite is de verhouding 2/3 (alkaline: 2000mAh / lithium: 3000mAh).

Een ontladingscurve die veel gebruikt wordt is de ontladingscurve met belasting aan constante stroom. Deze ontlading wordt het vaakst gebruikt bij het bepalen van de capaciteit van accus. De ontlaadstroom wordt dan meestal ingesteld op 0.05C, of 100mA voor een accu op formaat AA of LR6.

De belasting met een vaste weerstand wordt gebruikt bij het bepalen van de capaciteit van saline en alkaline batterijen. Men gebruikt meestal een weerstandswaarde van 10Ω. Uit deze belasting kan men niet direct een capaciteit afleiden, omdat de stroom afhangt van de batterijspanning. Bij een saline of alkaline batterij is de bruikbare capaciteit sterk afhankelijk van de stroom, daarom ook dat je er geen capaciteitsindicatie staat op de verpakking.

Bij een ontladingscurve met constant vermogen stijgt de stroom als de spanning daalt:
1.5V167mA
1.4V179mA
1.3V192mA
1.2V208mA

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren