Magische lithium Tot zover de klassieke accu’s. Met John Goodenough’s succesvolle inzet van lithium veranderde er veel. Lithium is een heel lichte metaalsoort die vooral wordt gewonnen in Australië en Chili. Lithium is erg reactief, dat wil zeggen dat de stof graag een chemische verbinding aangaat met andere stoffen. Pure lithium wordt in laboratoria bewaard in argon-gas. Laat je daar een klein beetje zuurstof bij, dan verandert het lithium meteen in lithiumoxide. Zo bindt lithium ook heel graag aan kobaltoxide. Door die sterke neiging tot reageren van de stof in een accu te vangen, kan een batterij met een heel hoog voltage worden gemaakt. De techniek in zo’n accu is nog altijd hetzelfde met een anode, een kathode en daartussen de vloeibare elektrolyt waar de elektronen doorheen kunnen stromen. Van alle vormen van energieopslag hebben lithium accu’s het hoogste niveau van energiedichtheid. En er zijn meer voordelen: het aantal laadcycli is twee keer zo hoog als bij een gewone accu, ontladen kan tot 95 procent en de accu’s zijn veel lichter in gewicht. Lithium-ion Een lithium-batterij is niet oplaadbaar, de lithum-ion of li-ion-versie wel. Wat is lithium-ion? We spreken van lithiu mion omdat in deze accu’s geen puur lithium zit maar lithiumionen. Tijdens het opladen vormt lithium namelijk dendriet, kleine kristallen en die kunnen schade aanbrengen aan de separator. Daarom worden lithium-moleculen (of ionen) ingebracht in een ander materiaal met een gelaagde structuur zoals grafiet. Lithium-ionen kunnen vrij door het grafiet bewegen terwijl de structuur van het gastmateriaal niet verandert. Thermische runway Kobaltoxide heeft een groot nadeel: het is thermisch instabiel. Dat wil zeggen dat het makkelijk heet wordt en dan kan ontbranden of zelfs exploderen. Dat gebeurt bijvoorbeeld als de accu cellen te diep worden ontladen. Ook als de accu van buitenaf wordt verhit door brand of beschadigd raakt door een val kan een heftige kortsluiting volgen. Alle energie komt in een hele korte tijd vrij en door de hitte neemt de intensiteit van de brand nog meer toe. Deze ontsteking wordt zo extreem heet dat de brand zelfs niet te blussen is, bluswater verdampt meteen. Dit wordt een thermische runaway genoemd. Om diepe ontlading en oververhitting te voorkomen heeft elke li-ion accu een eigen Battery Management System (BMS) dat de spanning constant controleert. Het regelsysteem stopt de stroomvoorziening als de interne spanning te laag of te hoog dreigt te worden. Grondstoffen Het grootste deel van de grondstof kobalt komt uit de Democratische Republiek Congo. Er zijn grote geïndustrialiseerde mijnen. Twintig procent van de kobalt wordt met de hand gedolven onder zeer slechte omstandigheden waar kinderarbeid geen uitzondering is. Ook lithium wordt gewonnen in mijnen maar is minder zeldzaam. Er is wel veel water voor nodig. Voor de accu van een Tesla wordt 65 kilo lithium gebruikt en daar is tegen de 4.000 liter water voor nodig. Een AGM-accu waarbij alle elektrolyt (accuzuur) is ingesloten in matjes van glasvezels. Recycling Het hergebruiken van lithium-ion accu’s is een lastig proces, de accu’s bestaan uit veel verschillende materialen. Eerst moet de accu mechanisch uit elkaar gehaald worden. Verschillende onderdelen worden van elkaar gescheiden, gereinigd en dan vermalen. Door verhitting (pyrolyse) worden eerst plastics, koper en aluminium gescheiden. Dan haalt een magneet de ijzerhoudende delen eruit. Het mengsel dat overblijft bestaat uit lithium, mangaan, kobalt en nikkel. De laatste drie stoffen kunnen dienen als grondstof voor diverse industrieën. Hergebruik van lithium is helaas nog niet kosten-efficiënt. Een Duits bedrijf werkt wel aan een techniek met membraanelektrolyse die herbruikbare lithium kan filteren uit oude batterijen. Life(PO4) beter maar groter Vanwege het lastige kobalt in de li-ion-accu’s is er veel onderzoek gedaan naar alternatieven. De techniek met ijzerfosfaat FePO4 bestaat al langer maar is iets minder krachtig. IJzerfostaat is een natuurlijke grondstof en daardoor een stuk minder schadelijk voor het milieu. Bovendien is de stof chemisch gezien veel stabieler en onbrandbaar. Life (PO4)-accu’s zijn dus aanzienlijk veiliger dan li-ion accu’s. De energiedichtheid is lager dan in li-ion accu’s. Daarom zijn mobiele apparaten als telefoons nog steeds uitgerust met li-ion accu’s, die zijn kleiner. Life (PO4)-accu’s leveren met iets meer volume even veel stroom maar gaan tot wel vier keer langer mee. Zo zijn er al accu’s met 5.000 laadcycli, dat is 10 jaar gebruik. Ook is Life (PO4) goedkoper om te produceren. Toyota’s vaste staat accu Afgelopen juli maakt Toyota bekend dat het een vloeistofloze accu gaat produceren. Het zou een accu zijn waarmee een auto 1.200 kilometer kan rijden om vervolgens aan tien minuten laden genoeg te hebben. Mooie cijfers, die voor de watersport natuurlijk ook zeer interessant zijn. Ook bij ons leeft de ‘range-anxiety’, de angst om door te weinig stroom de boot ergens te moeten laten liggen. In een solid-state batterij wordt het vloeibare elektrolyt vervangen 05 2023 | HISWA MAGAZINE 23
24 Online Touch Home