Fotografie: oplaadbare of secundaire batterijen

Alle soorten oplaadbare batterijen

Oplaadbare batterijen

Fotografie » TechTalk » Batterijen » Oplaadbare

Oplaadbare batterijen (in technische termen worden ze secundaire batterijen genoemd) combineren een hoge ontlaadstroom met de eigenschap dat ze opnieuw geladen kunnen worden.

Loodbatterijen

De loodbatterij wordt nog steeds gebruikt.

We hebben eerst de loodbatterij. Daarmee start je ook je auto, maar deze batterij heeft nog tal van andere toepassingen (back up bij servers, noodverlichting, alarmsystemen). Deze batterijen zijn goedkoop, bewaren goed hun lading en kunnen een hoge stroom leveren. De batterijen worden met een constante spanning geladen (float charge) en moeten na gebruik altijd opnieuw opgeladen worden. Na 6 maanden hebben de batterijen hun lading verloren en moeten ze verplicht opnieuw geladen worden. Deze batterijen hebben een celspanning van 2V en kunnen dus niet als alternatief voor gewone, niet-oplaadbare batterijen gebruikt worden.

De nickel-xxx batterij

Nickel Cadmium

De nickel-cadmium batterijen dateren van de jaren '70. Deze batterijen hebben een celspanning van 1.2V, zodat ze gebruikt kunnen worden ter vervanging van de normale niet-oplaadbare batterijen. De celspanning van een normale batterij is weliswaar 1.5V, maar deze spanning zakt onder belasting of als de cel leeg geraakt. Eerst hadden deze batterijen een veel lagere capaciteit dan de normale batterijen (toen zelfs nog niet "alkaline") dat ze moesten vervangen, maar ze konden wel opnieuw opgeladen worden.

De nickel-cadmium batterijen kunnen een zeer hoge stroom leveren, en kunnen vooral sterk ontladen worden, daarom zal je deze batterijtype nog terugvinden in speelgoed (met electrische motor), scheerapparaten (zonder electronische onderbreking bij lege batterij) en dergelijke. Cadmium is een gevaarlijk metaal en daarom moet je de versleten batterijen altijd terugbrengen naar een recyclagepunt. NiCd-batterijen hebben last van het geheugeneffekt: als je de batterij niet volledig ontlaadt, dan verminderd zijn capaciteit.

In tegenstelling met normale niet-oplaadbare batterijen blijft de klemspanning redelijk constant (zelfs onder hoge belasting) totdat de batterij leeg is, en dan zakt de spanning ineens in elkaar. De inwendige weerstand van de batterij is nagenoeg nul, daarom moeten de batterijen (en de apparatuur) beschermd worden met een zekering.

Nickel Metaalhydride

De Nickel-metaalhydride batterijen zijn later bijgekomen. Opgelet, nickel-metaalhydride (van hydraat) en niet nickel-metaalhybride zoals je op sommige sites leest. Een hybride, dat is een auto die zowel op normale brandstof als op oplaadbare batterijen werkt. De NiMH-batterijen zijn een verbetering van de Ni-Cd batterijen: ze hebben nauwelijks last van het geheugen-effekt (de discharge-knop op laadapparaten is daarom zinloos) en vooral een veel hogere capaciteit. Terwijl de eerste NiCd-batterijen een capaciteit hadden van 550mA, hebben de huidige NiMH batterijen een capaciteit van 2700mA, dus bijna een 5X hogere capaciteit. Ze hebben wel een nadeel: ze verliezen spontaan hun lading: na een maand hebben ze nagenoeg hun volledige lading verloren. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller dit fenomeen optreed. NiMH batterijen hebben bijna volledig de NiCd batterijen van de markt verdrongen.

Nickel wordt ook gebruikt samen met andere metalen. Naast cadmium gebruikt men ook ijzer of zink. Cadmium heeft als nadeel dat het zeer giftig voor het milieu is (nog meer dan lood). De nickel-metaalhydride batterijen hebben als nadeel dat de speciale metalen (lanthanides of zeldzame aarden) die nodig zijn niet gerecycleerd kunnen worden (zeer minieme hoeveelheden in de batterij), deze zeldzame metalen zijn enkel te vinden in bepaalde chinese ertsen. Met de stijging van de grondstofprijzen zullen de batterijen dus duurder worden en is research naar andere batterijtypes lonend.

Nickel Ijzer

De nickel-ijzer batterij wordt gebruikt met vloeibare electroliet als alternatief op de loodbatterij. De NiFe batterij heeft een veel langere levensduur, kan totaal ontladen worden en zwaar belast worden zonder beschadigd te worden. Deze batterijen werden vooral als traktiebatterij gebruikt (mijnbouw en scheepswerven, bijvoorbeeld), maar zijn eigenlijk geschikt voor alle toepassingen waar er een zeer onregelmatige laad/ontlaadcyclus is. 50-jaar oude nickel-ijzer traktiebatterijen zijn niet ongewoon, maar deze batterijen worden niet vervaardigd omdat de fabrikanten liever batterijen produceren die niet lang meegaan. Enkel een fabriek in China produceert dergelijke ecologische batterijen.

Voor de caravan is de nickel-ijzer-batterij zondermeer dè ideale batterij, want de NiFe batterij kan volledig ontladen worden, mag overladen worden en bevriest niet in de winter. De klassieke loodbatterij (zelfs de "deep cycle" uitvoering) mag je niet te ver ontladen. De electroden in deze batterijen zijn uiterst stabiel; dit is de reden dat de batterij buitengewoon lang meegaat. Maar deze stabiliteit heeft ook als gevolg dat de batterij geen extreem hoge stromen kan leveren (minder geschikt als startbatterij).

Nickel Zink

Een andere batterij die heel lang bestaat (Edison heeft er zelfs een patent op genomen!) is de nickel-zink batterij (NiZn). Het is pas heel recent dat men een construktie heeft ontworpen zodat het zink niet in het electroliet oplost en dan overal neerslaat in de vorm van dendrieten (die kortsluiting in de cel veroorzaken). Deze batterij is vergelijkbaar met de nickel cadmium batterij (kan tegen zeer hoge stromen, mag volledig ontladen worden), en is daarom een uitstekende vervanger ervan. De nickel-zink batterij heeft een hogere klemspanning (1.45V) dat meer in overeenstemming is met de normale alkaline-batterijen. Het aantal laaddycli ligt 50% lager in vergelijking met NiMH-batterijen. Op dit ogenblik is de technologie nog niet zover gevorderd dat de batterij als “oplaadbaar” verkocht kan worden. De batterijen rechts (die u nu in de handel kan vinden) zijn niet-oplaadbaar. Bespreking op de pagina niet-oplaadbare batterijen.

LSD (Low Self Discharge)

Eén van de grote nadelen van oplaadbare batterijen, namelijk dat ze spontaan hun lading verliezen, werd opgelost door een speciale fabricage en samenstelling van de batterijen (bijvoorbeeld Sanyo Eneloop, Panasonic Infinium en GP Recyko). Deze oplaadbare batterijen worden trouwens in opgeladen toestand verkocht: je kan de batterij direkt gebruiken zonder die eerst te moeten laden. Deze batterijen werden getest en besproken.

Lithium

De lithium-batterijen gebruiken een andere technologie. Deze batterijen met een hoge celspanning (3.6V) hebben een hoge capaciteit. Ze worden vaak gebruikt omwille van hun laag gewicht (lithium is een zeer licht metaal). Het laag soortelijk gewicht van lithium gekoppeld aan de hoge klemspanning betekent: een hoog vermogen voor weinig gewicht (hoge energiedensiteit). De batterijen gebruiken hetzelfde laadprocédé als de loodbatterijen (float charge), maar zijn heelwat meer kieskeurig voor wat betreft de laadspanning dat stabiel op een tiende volt moet zijn (en afhangt van de celtemperatuur). Lithium-batterijen zijn niet goed bestand tegen hoge stromen (zowel laden als ontladen). De levensduur van lithiumbatterijen is beperkt: lithium is een zeer aggressief metaal dat de inwendige van de batterij aantast. De batterijen verouderen van zodra ze geproduceerd zijn. Een reserve-batterij kopen voor je camera is zinloos als je die niet gebruikt (je kan die wel afwisselend gebruiken met de eerste batterij en zo de totale werkduur van je camera verhogen). 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 dat minstens 3000X hoger is)

De lithium-polymeer batterij is een verdere evolutie op de lithium batterijen. LiPO batterijen kunnen in allerlei vormen gegoten worden (één van de elektrodes is namelijk een soort plastiek) en worden daarom gebruikt in toestellen waar de ruimte beperkt is. LiPO batterijen zijn nog minder bestand tegen hoge stromen dan gewone lithiumbatterijen en worden daarom bijna uitsluitend gebruikt in GSM-toestellen. LiPO-batterijen gaan nog minder lang mee dan lithiumbatterijen: een levensduur van 6 maanden is niet ongewoon (intensief gebruik, hoge temperaturen, te sterk ontladen, te lang opladen,...). Daarom geven fabrikanten van electronische apparatuur maar een waarborg van 6 maanden op de batterijen. Heel slim gezien van gsm-fabrikanten: een defekte batterij is de ideale gelegenheid om een nieuw toestel te kopen, want de dealer heeft vervangbatterijen (bijna) nooit op stock. En de vervangbatterijen kosten bijna evenveel als een nieuw toestel. Probeer maar es de batterij van je iPod te vervangen! Zo ben je eigenlijk verplicht een nieuw GSM te kopen, terwijl de waarborg op het toestel nog niet verlopen is!

Vooral vanwege de hogere klemspanning (3.6V in plaats van 1.2V per cel) zijn de lithium batterijen interessant. Een hogere klemspanning betekent dat er minder cellen nodig zijn om een bepaalde werkspanning te bekomen. Het rendement van de schakelende voeding in electronische apparaten stijgt met de spanning: met 2 lithiumcellen bekom je een aanvaardbare voedingsspanning voor meeste electronische toestellen. Om eenzelfde spanning te bekomen met nickel-metaalhydride cellen heb je 5 elementen nodig.