Lithium-ionbatterijen zijn overal om ons heen en houden onze gadgets en auto's draaiende. Ze zijn als de kleine motoren die onze wereld aandrijven. Maar wat zit er in en zorgt ervoor dat ze werken? Laten we eens kijken.
Wat is een lithium-ionbatterij?
Lithium-ionbatterijen zijn als kleine energiefabriekjes. Ze gebruiken lithiumionen om elektriciteit op te wekken.
Stel je deze ionen voor als boodschappers die energie tussen twee batterijonderdelen transporteren. Binnenin zorgt een separator ervoor dat lithiumionen tussen de zijkanten kunnen bewegen terwijl ze elektronen blokkeren.
Tijdens het opladen reizen ionen van de positieve naar de negatieve kant en slaan ze energie op. Tijdens het ontladen keren de ionen terug naar de positieve kant en leveren ze stroom. Deze heen en weer gaande beweging van lithiumionen creëert spanning, die elektronen door het aangesloten apparaat duwt en het van stroom voorziet.
Lithium-ionbatterij vs. Lithium-ioncel
Laten we het hebben over het verschil tussen een lithium-ionbatterij en een lithium-ioncel.
Een lithium-ionbatterij is als een team van lopers, waarbij elke lithium-ioncel een van die lopers is. Het team heeft alle lopers nodig die samenwerken om sterk te zijn.
Elk van deze cellen heeft zijn eigen spanning. De spanning van een lithium-ijzerfosfaatcel varieert bijvoorbeeld van 3,2 tot 3,8 volt. Om grotere apparaten van stroom te voorzien, kunnen we meerdere cellen combineren om een batterij met een hogere spanning te creëren, zoals 12, 24 of 48 volt. Cellen op een rij zetten in serie voegt hun spanningen toe.
Cellen kunnen ook parallel worden aangesloten. Dit combineert hun capaciteit, zodat twee parallelle cellen ongeveer twee keer zo lang meegaan als één.
Wat zit er in een lithium-ionbatterij?
Een lithiumbatterij bevat meerdere lithium-ioncellen die in serie en parallel zijn aangesloten, samen met verbindingsdraden en een batterijbeheersysteem (BMS).
Het BMS bewaakt de toestand en temperatuur van de batterij. Bovendien kan het de energie over alle cellen verdelen tijdens elke volledige lading, om de levensduur en prestaties van de batterij te maximaliseren.
Wat zit er in een lithium-ioncel?
De binnenkant van een enkele lithium-ioncel is vrij eenvoudig. Het bestaat uit vier belangrijke componenten: de anode, de kathode, een elektrolyt en een separator. Deze componenten werken naadloos samen om energie op te slaan en vrij te geven als dat nodig is.
Anode en kathode
De kern van een lithium-ioncel bestaat uit twee elektroden – de anode en de kathode. Deze spelen een cruciale rol in de energieopslag- en vrijgavecapaciteiten van de batterij.
De negatieve elektrode, bekend als de anode, is meestal gemaakt van grafiet. Tijdens het laadproces migreren lithiumionen van de kathode, door de separator, en worden opgeslagen in de anode. Wanneer de batterij in gebruik is en wordt ontladen, stromen de lithiumionen terug van de anode naar de kathode.
Aan de andere kant bestaat de positieve elektrode, of de kathode, vaak uit op lithium gebaseerde metaaloxiden. Gebruikelijke kathodematerialen omvatten lithiumkobaltoxide (LCO), lithiumijzerfosfaat (LFP) en lithiummangaanoxide (LMO). Elk van deze chemicaliën biedt zijn eigen unieke voordelen op het gebied van energiedichtheid, veiligheid en levensduur van de cyclus.
Op LCO gebaseerde cellen hebben bijvoorbeeld doorgaans een hogere energiedichtheid, waardoor ze een populaire keuze zijn voor smartphones en laptops. LFP-cellen staan daarentegen bekend om hun superieure veiligheid en lange levensduur, waardoor ze een voorkeursoptie zijn voor elektrische voertuigen. LMO-cellen vinden een evenwicht tussen energiedichtheid en kosteneffectiviteit.
Elektrolyt
De elektrolyt vergemakkelijkt de lithiumionenstroom tussen anode en kathode tijdens het laden en ontladen.
De meest voorkomende elektrolyt gebruikt in een lithium-ioncel is een lithiumzout, meestal lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6), opgelost in een organisch oplosmiddel. Dit lithiumzout levert het noodzakelijke medium waardoor de lithiumionen vrij tussen de twee elektroden kunnen bewegen.
Tijdens het opladen worden de lithiumionen uit de kathode gehaald en migreren door de elektrolyt om in de anode te worden opgeslagen. Wanneer de batterij in gebruik is en wordt ontladen, wordt het proces omgekeerd, waarbij de lithiumionen terugstromen van de anode naar de kathode, waardoor de benodigde elektrische stroom wordt gegenereerd.
Scheidingsteken
De separator ligt tussen de anode en de kathode. Dit dunne materiaal laat lithiumionen door, maar stopt de elektrische geleiding, waardoor elektronen door het apparaat worden gedwongen.
De afscheider speelt ook een veiligheidsrol – als het oververhit raakt, sluiten de poriën zich, het stoppen van het transport van lithiumionen en het uitschakelen van de batterijcel om schade of brand te voorkomen.
Conclusie
Een lithium-ionbatterij lijkt van buitenaf eenvoudig, maar naarmate je dieper graaft, zul je veel verschillende componenten ontdekken.
Gerelateerde artikelen:
