Loodaccu versus Li-ionaccu

 

Bijna een eeuw domineert de loodaccu de automobielindustrie. Door de betrouwbaarheid en de mogelijkheid om zonder noemenswaardig geheugeneffect bij te laden, nog steeds de meest toegepaste stroombron. Loodaccu´s gaan echter snel kapot als zij ongeladen worden bewaard. Na gebruik direct opladen en maandelijks bijladen is dus verstandig. Voor gebruik in mobiele apparatuur is deze accu te zwaar. Daarom zagen we daarvoor eerst NiCad-accu’s. De nadelen daarvan – lage capaciteit en erg gevoelig voor het geheugeneffect – vroegen om alternatieven. Die werden gevonden in de NiMh-accu die nauwelijks duurder is, een hoge energiedichtheid heeft en goed kan tegen sterk wisselende vermogensafgifte. Nadeel is wel dat ook deze accu na 10 laadcycli volledig moet worden ontladen om geheugeneffecten te voorkomen. Deze accu wordt nu vooral in consumentenapparatuur gebruikt.

 

De professionele Li-ion (Lithium-ion) accu heeft geen geheugeneffect. Ze wegen weinig, hebben relatief veel capaciteit en zijn minder gevoelig voor temperatuurswisselingen. Nadeel is de hoge prijs. Een variatie hierop is de Lipo (Lithium Polymeer) accu met een laag gewicht en de grotere capaciteit van de cellen. Door serieel en/of parallel schakelen is het mogelijk een accupack te maken dat geschikt is voor diverse toepassingen, zoals voor elektrische fietsen. Nadeel is dat Lipo-cellen zeer kritisch zijn bij laden en ontladen. Een volle Lipo-cel heeft een spanning van 4.2 Volt. Die mag nooit hoger dan 4.2 V, maar ook nooit lager dan 2.5V worden. Anders kunnen de cellen beschadigd raken of zelfs spontaan in brand vliegen. Overigens zijn alle accu’s gevoelig voor lagere temperaturen. Ze leveren dan minder lang voldoende stroom.

 

De nieuwste ontwikkelingen op accugebied worden ingezet door de automobielindustrie. Alle ogen zijn gericht op Li-ionaccu’s. Die zijn lichter dan de huidige accu’s en kunnen meer elektriciteit opslaan. Ze zullen de LiMh-accu’s vervangen die nu in hybrides gebruikt worden. Ten opzichte daarvan liggen de prestaties van de Li-ionaccu’s een factor drie hoger, maar voor een daadwerkelijke verbetering zijn nog hogere prestaties nodig. Daaraan wordt nu gewerkt, waarbij Duitsland het voortouw neemt. Het Duitse Ministerie van Onderwijs en Research ondersteunt het HE-Lion project van ondermeer BASF met € 21 miljoen. In totaal is in het consortium – Lithium Ion Battery LIB 2015 – van negentien ondernemingen en onderzoeksinstituten voor verdere ontwikkeling van een nieuwe Li-ionaccu met hoge capaciteit € 60 miljoen beschikbaar. Doel is een accu met hoge capaciteit voor plugin-hybride auto’s binnen zes jaar op de markt te brengen. Het voornaamste probleem: de grondstofkosten. Wanneer een VW-golf met de huidige Li-iontechniek zou worden uitgerust, zijn de kosten van de accu’s hoger dan die voor de auto. Gezocht wordt naar goedkopere grondstoffen met een twee tot vijfmaal hogere energiedichtheid dan de huidige batterijsystemen. Dit moet er voor zorgen dat een acceptabele actieradius wordt bereikt. Deze accu’s moeten straks pas na 200 km bijgeladen worden, in plaats van na 50 km nu.

 

Tot nu toe zijn er vier Li-ion kanshebbers. De lithium-nikkel-kobalt-aluminiumvariant (NCA) heeft de hoogste energiedichtheid, maar veiligheid en levensduur zijn ondermaats. Het lithium-mangaanspinel-type (LMO) is goedkoper, maar veiligheid en levensduur zijn ook slecht net als de prestaties bij lage temperaturen. Lithium-ijzerfosfaat (LFP) heeft de laagste energiedichtheid. Deze accu presteert matig bij koude, maar is goedkoop, veilig en gaat lang mee. De lithiumtitanaataccu (LMO/LTO) lijkt het beste. De energiedichtheid is net als de prijs gemiddeld. Hij is vrij veilig en heeft een lange levensduur met uitstekende laad- en ontlaadeigenschappen Een andere toekomstmogelijkheid biedt de brandstofcel, een mini-energiecentrale. Aan deze techniek zitten nog zoveel haken en ogen, dat voorlopig een doorbraak niet te verwachten is.

 

Hoe zit het nu met de accu’s die in mobiele schoonmaakapparatuur worden gebruikt? Maarten de Graaf van Exive in Zevenaar stelt dat het gebruik van Li-ionaccu’s geweldig zou zijn, maar dat de markt er vanwege de hoge kosten nog niet aan toe is. “In bijvoorbeeld schrobzuigmachines worden nu natte tractiebatterijen of onderhoudsarme gelbatterijen gebruikt. Die lopen jaarlijks met een circa kwart in prestatie terug. Als iemand dus dagelijks een half uur met het apparaat werkt, moet je een accu nemen met een stroomafgifte van anderhalf uur om een paar jaar goed te kunnen werken. Bovendien zijn ze maar tot 1000 maal op te laden. Li-ionaccu’s scoren veel beter. Ze zijn lichter, compacter en onderhoudsarm, maar ook nog vreselijk duur. Om een simpele schrobzuigmachine ermee uit te rusten heb je al minimaal 200 ampère nodig bij 24 volt en moet je zoveel in de accu investeren dat de machine onbetaalbaar wordt. Bij de machinemarkt gaat de concurrentie om centen en is Li-ion dus onhaalbaar. Op termijn is het denk ik wel de richting waar we naar toe gaan, maar het zal nog wel even duren voordat dit soort accupacks een concurrerend prijsniveau halen.”

 

Emrol uit het Belgische Malle geeft bij monde van Jeroen Herman aan dat loodzuuraccu’s het meest gebruikt worden: “Li-ionaccu’s hebben zeker voordelen. Zo is de capaciteit vier maal groter dan een conventionele accu en het gewicht en de omvang tot 75% lager. Er zijn echter ook belangrijke valkuilen waardoor de toepasbaarheid in de schoonmaakbranche minimaal is. Denk allereerst aan de kosten, maar ook aan de inbouw in nieuwe of bestaande machines. Dat kan niet zonder een goed onderzoek naar alle parameters waaraan de machine moet voldoen. Alleen dan kan de juiste accu worden gemaakt. Er is nu nog geen standaardisatie voor grote modellen. Daarnaast is het betrouwbaar meten van de resterende capaciteit moeilijk, wat natuurlijk juist bij mobiel gebruik essentieel is. Ook is de uitgangsspanning anders dan die van loodzuur-accu’s. Bij onjuist gebruik in combinatie met een ongunstige omgeving kan de accu bovendien exploderen. Tenslotte is de vraag naar deze moderne accu zo groot, dat fabrikanten kunnen kiezen wat voor hen commercieel gezien het meest interessante marktgebied is.”