Lithium-Ion of Li-Ion-batterijen is een type oplaadbare batterij die in veel toepassingen wordt gebruikt, maar meestal in de elektronica-industrie. Li-Ion batterijen leveren draagbare elektriciteit en voeden elektronische gadgets zoals mobiele telefoons, laptops en tablets. Li-Ion batterijen worden ook gebruikt om energie te leveren aan medische apparatuur, elektrische voertuigen en elektrisch gereedschap.

Lithium is de primaire bron voor Li-Ion batterijpakketten omdat het stabieler en veiliger is bij het laden en lossen van energie in vergelijking met andere mineralen.

naast de elektronica-industrie is lithium een nietje in de mijnbouw, de industrie, energieopslag en vele andere. Vanwege de vele toepassingen in de industrie kan het belang van Lithium-Ion-batterijen niet worden overschat: het is heel goed mogelijk een van de meest cruciale ontwikkelingen in de moderne wereld, zonder welke de 21e eeuw niet mogelijk zou zijn geweest.

Lithium-Ion: Een korte geschiedenis

De Lithium-Ion-batterij begint in de jaren 1970, toen de Britse chemicus M. Stanley Whittingham voorstelde een energieopslagsysteem te maken met behulp van lithiumcellen. De eerste lithiumbatterijen gebruikten lithium en titanium(IV) sulfide metalen die, terwijl ze operationeel waren, onpraktisch waren vanwege de dure productiekosten van titanium(IV) suflide (titanium sulfide metalen kosten ongeveer $1.000 terug in de jaren ’70), om nog maar te zwijgen van de giftige bijproducten bij blootstelling aan waterstofsulfide verbindingen.

gedurende het grootste deel van de jaren ’70 en’ 80 hebben verschillende wetenschappers en ingenieurs de lithiumbatterij ontwikkeld en geperfectioneerd. In 1979, wetenschappers John Goodenough, Ned A. Godshall et.al., en Koichi Mizushima, in afzonderlijke pogingen, creëerde en perfectioneerde de Lithium kobalt Dioxide, of LiCoO2. Deze batterij maakte de weg vrij voor nieuwe Oplaadbare batterijen die de basis vormden voor de ontwikkeling van de Lithium-Ion batterij in 1985, toen Akira Yoshino een prototype van een batterij bouwde die zowel lithiumionen als lithiumkobaltdioxide gebruikte als elektroden van de batterij.in 1991 begonnen de Japanse bedrijven Asahi Kasei en Sony met de massaproductie van de lithium-ion-batterij en de toepassing ervan op veel van hun elektronische producten. In 2019 kregen wetenschappers Stanley Whittingham, Akira Yoshino en John Goodenough de Nobelprijs voor de scheikunde, specifiek voor hun werk in de ontwikkeling van Li-Ion batterijen.

Li-Ion Batterij Samenstelling

Li-Ion accu ‘ s zijn er in verschillende soorten, maar ze zijn over het algemeen opgebouwd uit de volgende onderdelen:

• Kathode of de positieve elektrode: Bron van lithium-ionen bepaalt de batterijen capaciteit en spanning
• Anode of de negatieve elektrode: Sectie winkels en releases ionen door middel van een extern apparaat
• Elektrolyt: middel dat transporten ionen tussen de kathode en de anode
• Separator: Barrière die voorkomt dat de kathode en de anode met elkaar in contact komen

deze belangrijke componenten moeten aanwezig zijn in een Li-Ion-batterij om goed te kunnen functioneren.

Draagbare Stroompakketten

zoals hierboven vermeld, leveren oplaadbare li-ion-batterijen draagbare elektriciteit voor Elektronische gadgets. Li-ion batterijen zijn licht van gewicht en kunnen kleiner worden gemaakt dan andere batterijtypes waardoor ze gemakkelijk mee te nemen zijn.

ononderbroken stroomvoorziening (UPS)

Li-ion-accu ‘ s bieden nood-back-upvoeding in geval van stroomverlies of fluctuatie. Kantoorapparatuur zoals computers, evenals IT-servers, moeten blijven draaien in geval van stroomonderbreking om gegevensverlies te voorkomen. Back-up stroom is ook nodig in de medische of gezondheidszorg industrie om consistente voeding te garanderen voor levensreddende medische apparatuur.

elektrische voertuigen

de auto-industrie stelt een vraag naar li-ion batterijpakketten om elektrische, hybride of plug-in hybride elektrische voertuigen van stroom te voorzien. Omdat de li-ion-batterij grote hoeveelheden energie kan opslaan en vele malen kan worden opgeladen, bieden ze een betere laadcapaciteit en een langere levensduur.

maritieme voertuigen

Li-ion-accu ’s komen nog steeds als alternatief voor benzine-en loodzuuraccu’ s in de aandrijving van werk-of sleepboten en vrijetijdsboten zoals speedboten en jachten. Li-ion batterijen zorgen voor een stille en efficiënte stroombron en kunnen ook worden gebruikt om elektriciteit te leveren aan apparaten in de boot of jacht terwijl het op het dok is.

persoonlijke mobiliteit

Lithium-ion batterijen worden gebruikt in rolstoelen, fietsen, scooters en andere mobiliteitshulpmiddelen voor personen met een handicap of mobiliteitsbeperkingen. In tegenstelling tot cadmium-en loodbatterijen bevatten lithium-ion-batterijen geen chemicaliën die de gezondheid van een persoon verder kunnen schaden.

opslag van zonne-energie

Li-ion-batterijen worden ook gebruikt voor de opslag van zonne-energie in zonnepanelen, omdat deze snel kunnen worden opgeladen. Ze zijn lichter, compacter en kunnen hogere hoeveelheden energie bevatten in vergelijking met loodzuurbatterijen.

bovenstaande toepassingen zijn slechts enkele van de vele toepassingen van lithium-ion-batterijen. Omdat lithium-ion-accu ’s compact, draagbaar en uitgerust zijn met snel opladen en grote opslagcapaciteit, blijft de vraag naar lithium-ion-accu’ s bestaan of kan deze in de toekomst zelfs toenemen.

veiligheids-en milieurisico ‘ s van de Li-Ion-batterij

ondanks het wijdverbreide gebruik en de energie-efficiënte opslag is de Li-Ion-batterij niet perfect; het kan een veiligheidsrisico zijn als het niet goed wordt geproduceerd, gebruikt en opgeslagen. Omdat de batterij ontvlambare elektrolyten bevat, hebben Li-Ion-batterijen de neiging om onder druk te komen te staan tot het punt van exploderen als ze structurele schade oplopen. Wanneer te snel opgeladen, kunnen Li-Ion-batterijen ook het risico lopen van kortsluiting en het veroorzaken van een explosie.

hierdoor en vanwege het wijdverbreide gebruik ervan in de meeste commerciële producten, zijn de veiligheidsnormen en veiligheidscontroles van Li-Ion-batterijen veel strenger dan andere soorten batterijen. De brandbare elektrolyten aanwezig in Li-Ion batterijen betekent dat onjuiste productie kan leiden tot vaak desastreuze resultaten.

Li-Ion-accu ‘ s zijn ook gevoelig voor beschadiging wanneer ze boven hun spanningsgrenzen worden opgeladen. Normaal gesproken heeft een Li-Ion batterij een spanningsbereik tussen 2,5 en 3,65 volt (of tot 4,35 V afhankelijk van de samenstelling van de cel). Het overschrijden van deze spanning als gevolg van onjuist opladen kan leiden tot een vroegtijdige veroudering van de cellen van de batterij, wat in het beste geval betekent dat de batterij energie minder efficiënt opslaat, of in het slechtste geval de reactieve componenten in de cellen doet exploderen.

wanneer deze te lang wordt bewaard, kunnen Li-Ion-batterijen ook voortijdig degraderen, wat betekent dat ze niet in staat zullen zijn om het normale spanningsbereik te bereiken wanneer ze uiteindelijk worden gebruikt. Dit vormt een risico omdat het loopt de kans op overladen ondanks de gebruiker volgen pakket instructies voor het opladen.

hoewel Li-Ion-batterijen “minder toxische” metalen zoals ijzer, nikkel, koper en kobalt gebruiken (en als zodanig worden gecategoriseerd), kunnen de productie en de wijze van verwijdering ervan nog steeds een aanzienlijk gevaar voor het milieu opleveren.

terwijl de metalen onderdelen van Li-Ion-batterijen recycleerbaar zijn en zelfs veilig zijn voor verbranding en op stortplaatsen, is het hergebruiken van deze onderdelen voor hergebruik en reproductie in andere producten een langdurig en duur proces, dat er op zijn beurt toe leidt dat fabrikanten afzien van recycling en in plaats daarvan alleen nieuwe onderdelen ontginnen.

totdat de productie van Li-Ion-batterijen enorm is verbeterd, zullen deze altijd een bedreiging voor het milieu vormen: er is 67 megajoule energie nodig om één kilogram Li-Ion te creëren.

De Toekomst van de Li-Ion Batterij

Hoewel het nu meer dan 50 jaar oud, de Li-Ion batterij is nog steeds voortdurend verbeteren: wetenschappers zijn voortdurend verleggen van de grenzen en de grenzen van de huidige Li-Ion-technologie door te experimenteren met nieuwe manieren te combineren elektrolyten, anodes, en kathoden te maken van een batterij die energie-efficiënter, meer kosten-efficiënt, en veel veiliger is dan de huidige vorm.van het gebruik van relatief goedkopere (maar veiligere) materialen zoals silicium en Vanadiumoxiden tot het creëren van ‘nanostructuren’ binnen de cellen om meer oppervlakte te creëren, denken wetenschappers aan nieuwe manieren om de huidige energiecapaciteit van Li-Ion-batterijen en veiligheidsmaatregelen te verbeteren.