Lithium ijzer fosfaat batterij

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

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:

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 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.

Het is belangrijk van de cellen individueel te kunnen opladen: in een batterijpack waar alle cellen samen opgeladen worden moet er een egalisatieschakeling voorzien worden.

Het zijn relatief kleine cellen op het 18650-formaat met een nominale capaciteit van 1350mAh.

Hoewel de celle groter zijn dan AA cellen, is de capaciteit in Ah lager dan die van NiMH batterijen (nickel-metaalhydride). De effectief gemeten capaciteit van 1161mAh is ook lager dan de nominale capaciteit.

Er staat geen gekend merk op de batterij, grote producenten zoals bijvoorbeeld Varta of Panasonic blijven weg uit dit segment. LFP cellen blijven een nicheproduct en je zal dergelijke cellen enkel vinden in batterijpacks op 12.8V.

De ontlaadspanning blijft rond de 3.2V om dan plots te zakken als de accu leeg is. Hetzelfde geldt bij het laden: de spanning blijft rond de 3.4V om dan redelijk snel te stijgen als de accu vol is. Het is dus gemakkelijk te weten als de accu vol of leeg is, maar je kan de effectieve lading niet bepalen aan de hand van de celspanning.

De accu kan 3.72Wh aan energie opslaan, dit is minder dan wat op de accu aangeduid staat (dit verwonderd mij al lang niet meer). Een kleinere NiMH in het meer bekende AA formaat kan 2.5Wh opslaan. Wat ik al langer wist: je moet geen LFP accu's kopen omdat ze een hogere capaciteit of energie zouden hebben ten overstaan van NiMH accus.

LiFePO4 batterijen

-