Je zal meer en meer lithium ijzer fosfaat batterijen aantreffen. Deze worden gebruikt als upgrade voor loodbatterijen in golfkarretjes, als startbatterij voor motoren (brommers), als marine batterij, enz. Deze batterijen gaan veel langer mee en wegen driemaal minder.
Je kan de batterijen onder verschillende benamingen terugvinden: LiFePO4, LFP, lithium-ijzer,...
Er bastaat niet één soort lithium-ion batterij, maar verschillende. Bij iedere batterij verplaatsen de lithium-ionen zich van de ene electrode naar de andere. De batterijen verschillen in het soort electrode dat gebruikt wordt. De electrodes vangen de lithium-ionen op.
De anode (negatieve pool van de accu) bestaat meestal uit grafiet (dat heel goed lithium-ionen kan opnemen) terwijl de accus eigenlijk enkel verschillen in de samenstelling van de cathode. Bij LiFePO4 accus is dat ijzerfosfaat. Het electroliet is vloeibaar maar is niet op waterbasis: dit is belangrijk, want lithium in metaalvorm reageert heftig met water. De halfgeleidende membraan laat enkel lithium ionen door.
De constructie en werking van de accu staat rechts afbebeeld: bij de ontlading gaan de lithiumionen van de grafiet-electrode naar de ijzer-fosfaat electrode. Om een lange levensduur te garanderen moet er altijd wat lithium overblijven op de grafietelectrode: de accu mag daarom niet verder ontladen worden dan 2.5V.
Bij de lading leggen de lithiumionen de omgekeerde weg af. Als er geen beschikbaare lithiumionen meer zijn, dan stijgt de inwendige weerstand van het element. De spanning kan daardoor oplopen, met een beschadiging van de cel als gevolg. De maximale laadspanning van de cel is daarom beperkt tot 3.7V.
Specifieke lithium-ion laders stoppen volledig het laadproces als de batterij geladen is (bereiken van de maximale celspanning), druppelladen is niet toegestaan.
Verschillen met de andere lithium batterijen
De lithium-ijzer-fosfaat cellen (LFP) hebben een andere celspanning dan de meer voorkomende LCO cellen lithium cobalt dioxide (LiCoO2) en lithium manganese oxide (LiMn2O4), namelijk 3.2V in plaats van 3.7. Deze lithium-ion batterijen zijn minder stabiel en kunnen oververhit geraken (en zelfs ontploffen) als ze niet deskundig gebruikt worden. Dit is bijvoorbeeld het geval als de accu overladen of te snel geladen wordt. Als de behuizing beschadigd is kan en lucht en vocht binnen de cel komen, waardoor er een hevige explosie plaatsvindt (lithium metaal reageert sterk met de zuurstof uit de lucht).Een lithium-ion batterij heeft een beperkt aantal laadcycli, maar een hogere capaciteit: men zal daarom deze cellen gebruiken in toestellen die doorgaans niet al te lang moeten meegaan (smartphones en huishoudelijke gadgets).
Lithium-ijzer-fosfaat batterijen zijn gemakkelijker te fabriceren (er worden geen dure en/of gevaarlijke stoffen gebruikt), toch worden ze duurder verkocht dan gewone lithium-ion batterijen omdat ze minder gevraagd worden (het is een niche markt).
Ziehier een tabel met de verschillen tussen beide technologiën:
| Lithium-ion | Lithium ijzer fosfaat | |
|---|---|---|
| Nominale spanning (midpoint voltage) | 3.6V - 3.7V | 3.2V |
| Maximale spanning (lading) | 4.2V | 3.7V |
| Minimale spanning (ontlading) | 3V | 2.5V |
| Laadcycli | 200 - 800 | 2000 en meer |
| Levensduur | 2 - 5 jaar | geschat op 15 jaar |
Het aantal laadcycli hangt af van de mate van ontlading. Een sterke ontlading (80% of meer) verslijt de accu meer dan een lichte ontlading. De levensduur hangt af van de omstadigheden: een batterij die in volledig geladen toestand op een warme plaats bewaard wordt gaat minder lag mee.
Batterijformaten
De LiFePO4 cellen worden in verschillende maten aangeboden. We hebben "prismatische" formaten, dit zijn rechthoekige cellen die bijvoorbeeld in vast opgestelde installaties gebruikt worden. De cellen kunnen samengevoegd worden tot batterijen met een totale spanning van 12.8 of 25.4V. Ze worden gebruikt in allerhande soorten noodvoedingen.De ronde cellen gebruiken een eigen nomenclatuur, bijvoorbeeld 26650 of 14500: een doormeter van 26mm en een lengte van 65mm voor het eerste type. Het tweede type komt overeen met de bekende AA-maat.
De 14500 cel heeft een capaciteit van 600mAh (1920mWh) in LiFePO4 uitvoering en 800mA (2880mWh) in lithium-ion uitvoering. Een NiMH accu heeft ongeveer een capaciteit van 2000mAh of 2400mWh.
Een 14500 LiFePO4 cel is niet interessant in vergelijking met een NiMH accu: de cel heeft een lager vermogen, geen standaard spanning en moet beschermd worden tegen overladen en te ver ontladen. De cellen worden echter toegepast in bepaalde led tuinlampen, want een enkele cel levert een voldoende spanning om een ledlamp te doen branden. De accu is redelijk beschermd tegen een te verre ontlading, want de witte led heeft meer dan 2.5V nodig om op te lichten.
Grotere formaten zoals 38120 en 38140 zijn enkel beschikbaar in LiFePO4 technologie. De cellen zouden te gevaarlijk zijn in lithium-ion technologie. De cellen worden in packs gebruikt in electrische fietsen en bepaalde hybride auto's.
De celspanning van 3.2V is ideaal want men bekomt 12.8V met 4 cellen in serie. Men fabriceert accupacks die dezelfde vorm hebben als loodbatterijen, maar zonder de negatieve eigenschappen. De 12.8V lithium ijzer fosfaat batterijen worden hier verder besproken.
LiFePO4 batterijen
