Levensduur

De levensduur van lithium accus is beperkt, zowel in het aantal laadcycli als in levensjaren (of maanden). Er zijn technologiën die meer fragiel zijn, maar er zijn algemene technieken om de levensduur van de batterij zoveel mogelijk te verlengen.

Bij het laden en ontladen migreren lithium ionen van de ene pool naar de andere via een semi-permeabele membraan. De electrodes vormen een fijnmazelig net die de lithium ionen opnemen (intercalatie). Het electroliet is een vloeistof, maar niet op basis van water: water zou met het lithium reageren. Bij lithium-polymeer (lipo) is het electroliet een soort gel.

Kenmerken die de levensduur van de accu bepalen

• De capaciteit van de cel wordt lager en lager.
  De lithium ionen komen vast te zitten en kunnen niet meer gebruikt worden bij het laden en ontladen. Lithium is een zeer reactief metaal en als er onzuiverheden zijn in de cel gaat het metaal een verbinding aan met deze stoffen. Het gebonden lithium kan niet meer bijdragen tot het leveren van de stroom. Tegenwoordig zijn de productieprocessen zodanig verbeterd dat er nauwelijks nog verontreinigingen in de producten zijn. Maar door het sterke laden en ontladen ontstaan er stoffen die stabiel zijn en niet meer bijdragen tot de reacties.

  De accu die een capaciteit had van 1000mAh heeft nu slechts een capaciteit van bijvoorbeeld 600mAh. De accu kan nog gebruikt worden, maar de accu zal vaker opgeladen moeten worden. Terwijl vroeger een ontlading van 500mAh aangezien werd als een ontlading van 50%, wordt dit nu aangezien als een ontlading van 83%, waardoor de accu meer gestrest wordt.

• De inwendige weerstand van de cel wordt hoger en hoger.
  De halfdoorlatende membraan raakt verstopt, maar vooral: de verschillende lagen komen los van elkaar. Door de verhoogde inwendige weerstand kan de accu slechts een lagere stroom leveren. Als er een zware belasting is, dan zakt de spanning teveel, waardoor het toestel uitgeschakeld wordt (of de accubeveiliging treedt in werking).

  Het loskomen van de lagen is meer het geval bij lithium-polymeer accus (waarbij het electroliet geen vloeistof is, maar een vaste pasta). Accu's in zakjes hebben een beperkte levensduur als de cellen niet samengedrukt worden in een houder omdat de lagen los komen.

  Cylindrische cellen hebben daar minder last van, de lagen worden goed tegen elkaar gehouden (swiss roll). Daarom gebruikt Tesla cyclindrische cellen in zijn batterijpacks, hoewel de vullingsgraad daardoor slechter wordt. De sleuven die daardoor ontstaan worden echter gebruikt als ventilatiekanalen, waardoor men van een nadeel een voordeel gemaakt heeft.

• Structuurverandering
  Bij het opnemen van het lithium door de electrode (intercalatie) is er normaal gezien geen structuurverandering (zoals bijvoorbeeld wel het geval is met loodbatterijen), maar iedere cyclus kan de roosterstructuur een beetje beschadigen.

• Bij het te sterk laden of ontladen ontstaan er producten die niet meer ontbonden kunnen worden.
  Het betreft lithium oxide Li2O bij het ontladen en cobalt oxide Co2O bij het laden. Deze producten zijn stabiel en ontnemen een deel van het aktief materiaal aan de reacties. In de praktijk kan slechts 50% van het aanwezige lithium gebruikt worden voor de electrochemische reacties. Daarom moet de spanning begrenst worden tot 2.5V bij het ontladen en 4.2V bij het laden. Om zeker te spelen zal men de grenzen van 3V en 4.1V aanhouden.

Effekt van de technologie en externe factoren

De temperatuur versnelt ook de veroudering. Als een accu voorzien is om 3 jaar mee te gaan bij een temperatuur van 25°, dan zal de accu slechts 2 jaar meegaan bij een temperatuur van 35°.

Tussen een laad en ontlaadcyclus is het aangeraden de accu een korte tijd te laten rusten, zodat de temperatuur weer kan zakken. De wachttijd (vooral na het laden) is ook gunstig zodat de accustructuur zich kan herstellen (passivatie).

Een volledige cyclus is zwaarder voor de accu dan een gedeeltelijke ontlading. Regelmatig laden tot de maximale capaciteit is niet zo goed: de accu zal veel langer meegaan als die maar tot 80% geladen wordt.

Als accus lange tijd bewaard moeten worden, gebeurt dit best bij een ladingstoestand van ongeveer 50%. Bij accus die in een toestel blijven (waarbij de kans bestaat dat er permanent een kleine ontlaadstroom blijft lopen) is het aangeraden de accu regelmatig wat bij te laden, bijvoorbeeld om de drie maanden (het is niet nodig de accu volledig op te laden, de bedoeling is de ontlading te compenseren).

Het zijn de normale lithium accus die het snelst verslijten (lithium cobalt LCO en lithium mangaan LMO). Dit zijn accus met een celspanning van 3.6 of 3.7V. Je zal deze accus met een hoge capaciteit terugvinden in de meeste consumer toestellen omdat de accus een hoge capaciteit hebben. De lithium-ijzer-fosfaat accus (LFP) gaan veel langer mee omdat de reacties minder hevig zijn (de celspanning is ook lager en bedraagt 3.2V)

Indien je en toestel koopt, kan het zijn dat de accu al "oud" is, dit kan je in de meeste gevallen moeilijk achterhalen. Hier is dit niet het geval (afbeelding rechts), de accu werd in december 2015 gemaakt en voor de eerste keer in mei 2016 gebruikt.

Deze accu was echter na twee jaar al versleten. De accu kon de lading niet meer bewaren en na een week was de accu weer volledig leeg, zelfs al werd de navigator niet gebruikt. Dit is nogal storend omdat ik de navigator ook gebruik als ik in stad wandel.

Achter de voorruit van een auto kan de temperatuur oplopen tot meer dan 50° en dat is niet bevorderlijk voor de levensduur van de accu. Op de plakker staat "niet blootstellen aan temperaturen boven de 60°", maar als de navigator in werking is, stijgt zijn temperatuur met 10° ten opzichte van de omgeving. Er zijn gevallen waarbij de batterij ontploft is en de wagen uitgebrand is.

Tegenwoordig gebruik ik een smartphone als ik in de stad wanden (helaas ook met een accu uitgerust). Terwijl de eerste Tesla's al meer dan 400.000km op de teller hebben (dankzij de cylindrische cellen), blijft de kwaliteit van bepaalde accus bedroevend laag.

Voor fotografen

Moet je een direct een reserve accu kopen? Als je beroepsfotograaf bent natuurlijk, maar dit is niet noodzakelijk het geval voor iemand die maar af en toe foto's neemt. Na twee jaar zijn beide accu's bijna dood (ouderdom). Het is beter een nieuwe accu na een jaar te kopen, dan zal die nog bruikbaar zijn als de eerste accu vervangen moet worden.