De techniek van oplaadbare batterijen

Het verhaal achter oplaadbare batterijen is best technisch. We gaan er dus stiekem vanuit dat je er al iets van weet. Klik verder op deze pagina's als je nog meer kennis op wil doen.

Hoe werkt een batterij?
De vier onderdelen van een batterij
Wat gebeurt er als je een batterij aansluit?
Wat gebeurt er als je een batterij oplaadt?

Hoe werkt een batterij?

Een batterij is eigenlijk een vat met twee metalen plaatjes (elektrodes), gevuld met een chemische stoffen. Deze stoffen bevatten elektrisch geladen ionen. Ionen zijn atomen die een elektrische lading hebben gekregen van (of afgegeven aan) elektronen. Afhankelijk van het soort batterij kunnen atomen bij de negatieve elektrode veranderen in positief geladen ionen. Het omgekeerde vindt plaats bij de positieve elektrode. Terug

De vier onderdelen van een batterij

Een negatieve elektrode (anode): tijdens ontladen neemt de anode elektronen op van het externe circuit.
Een positieve elektrode (kathode): tijdens ontladen geeft de kathode elektronen af aan het externe circuit.
Een separator: scheidt de anode en de kathode van elkaar. Maar deze niet-geleidende kunststof strip (vaak folie) moet toch poreus zijn om elektronen en ionen door te kunnen laten.
Elektrolyt: dit geleidend laagje (vaak vloeibaar) zorgt ervoor dat elektronen snel van de ene elektrode naar de andere elektrode kunnen vloeien. Terug

Wat gebeurt er als je een batterij aansluit?

De stroom komt alleen op gang als de batterij zich in een gesloten circuit bevindt; dat wil zeggen als de plus- en minpool met elkaar verbonden zijn via bijvoorbeeld een lampje of een apparaat. Daarmee start de elektrochemische reactie aan de negatieve elektrode, die elektronen gaat produceren, terwijl een tweede reactie elektronen consumeert bij de positief geladen elektrode. Beide elektrodes bestaan uit verschillende materialen die elektronen naar de terminals laten stromen. Maar de separator voorkomt dat de elektronen tússen de elektrodes ín de batterij bewegen; dat is alleen voorbehouden aan de ionen. De enige manier voor elektronen om van de ene naar de andere elektrode te reizen is via het externe elektrische circuit buiten de batterij. Als dit gebeurt treedt er een spanningsverschil op waardoor het aangesloten apparaat gaat werken. Tegelijkertijd gebeurt er binnenin de accu ook nog het een en ander. De elektronen die 'van buitenaf' naar de positieve elektrode stromen, gaan hiermee een reactie aan. Deze reactie zorgt ervoor dat de ionen door het elektrolyt (dus ín de accu) naar de andere geleider gaan. Bij de negatieve elektrode vind ook weer een reactie plaats waardoor er weer elektronen ontstaan die weer worden afgegeven aan het externe circuit. Dit proces gaat net zolang door totdat de elektroden verzadigd raken en geen reactie meer aangaan. Op dat moment is de batterij leeg. Terug

Oplaadbare batterij ontladen en laden (vereenvoudigde weergave)

Oplaadbare batterij ontladen en laden

De ionen (rode plusjes) gaan door de separator van kathode naar anode en andersom; de elektronen (blauwe minnetjes) gaan buiten de accu om, via apparaat (ontladen) of lader (laden). De stroomrichting is de richting van de ionen.

Wat gebeurt er als je een batterij oplaadt?

Om batterijen weer op te laden wordt het proces simpelweg omgekeerd. De toegevoerde elektriciteit wordt terug omgezet in een chemische reactie. De lader haalt de negatief geladen elektronen van de positieve elektrode af en voert ze toe aan de negatieve elektrode. Door de energie die in de batterij wordt geforceerd nemen de actieve chemicaliën weer hun begintoestand aan. Terug

De verschillende soorten batterijen

Er zijn diverse typen batterijen om de gewenste energie zo effectief mogelijk te produceren, afgestemd op specifieke toepassingen. Klik hieronder op de batterijsoort waar je meer over wil weten.

Vergelijkingstabel batterijsoorten

	Lithium-polymeer	Lithium-ion	Nikkel-metaalhydride	Nikkel-cadmium	Loodzuur
toepassing	In opkomst in met name compacte draagbare elektronica (mp3-spelers, gsm's)	Meeste draagbare elektronica (digitale camera's, gsm's, notebooks, mp3-spelers)	Digitale camera's, mp3 -spelers, powertools en laptops	Powertools, elektromotors, radio's	Auto's, schepen, UPS
anode	Lithium metaal	Carbon (koolstof)	Metaal-legering	Cadmium	Lood
kathode	Lithium	Lithium-metaaloxide	Nikkel-hydroxide	Nikkel-hydroxide	Lood-dioxide
elektrolyt	Polymeer gel	Lithium zout	Potassium hydroxide	Potassium hydroxide	35% zwavelzuur - 65% water of gel
capaciteit	500-700 mAh	500-700 mAh	1000-2700 mAh	600-1000 mAh	1300-300000 mAh
laadtijd	1,5 uur	2-4 uur	2-4 uur	1 uur	8-16 uur
opladen	Specifieke LiPo lader nodig icm protectie in de accu. Laad de batterij vaak op. Constante laadspanning tot 4,2V per cel. Geen druppelladen, batterij mag in de lader blijven, maar moet koel blijven. Accu mag nooit heter dan 40°C worden, ook niet tijdens laden. Snelladen niet mogelijk.	Specifieke Li-ion lader nodig icm protectie in de accu. Laad de accu vaak op. Constante laadspanning tot 4,2V per cel. Geen druppelladen, batterij mag in de lader blijven, maar moet koel blijven. Accu mag niet heet worden tijdens laden. Snelladen niet mogelijk.	Eens in de 3 maanden volledig ontladen en weer opladen. Laat de accu niet langer dan 2 dagen in de lader ivm. Geheugeneffect. Accu mag niet heet worden tijdens laden. Altijd snelladen, gevolgd door druppelladen.	Eens per maand volledig ontladen en weer opladen. Laat de accu niet langer dan 2 dagen in de lader ivm. Geheugeneffect. Accu mag niet heet worden tijdens laden. Snel- of normaal laden, gevolgd door druppelladen.	Altijd in volgeladen toestand houden. Constante spanning bij laden 2,4V per cel, gevolgd door druppelladen. Snelladen niet mogelijk. Permanente druppellading mogelijk.
ontladen	Altijd minimaal 20% capaciteit behouden. Nooit volledig ontladen. De accu gaat langer mee bij gedeeltelijke ontladingen en vaker opladen dan bij volledige ontladingen.	Altijd minimaal 20% capaciteit behouden. Nooit volledig ontladen. De accu gaat langer mee bij gedeeltelijke ontladingen en vaker opladen dan bij volledige ontladingen.	Liefst minimaal 20% capaciteit behouden. Niet te vaak volledig ontladen/laden vanwege slijtage.	Volledig ontladen is niet schadelijk. NiCd is foolproof.	Altijd minimaal 20% capaciteit behouden. De accu gaat langer mee bij gedeeltelijke ontladingen en vaker opladen dan bij volledige ontladingen.
zelfontlading per maand	5-10%	5-10%	30%	20%	5-10%
levensduur in cycli	>500	>500	300-500	>1000	500-700
celspanning	3,7V	3,7V	1,2V	1,2V	2V
energie dichtheid*	180 Wh/kg	140 Wh/kg	60-120 Wh/kg	45-80 Wh/kg	30-50 Wh/kg
vermogens dichtheid**	300 W/kg	130 W/kg	175 W/kg	200 W/kg	75 W/kg
interne weerstand (Ohm)	25-75O (3,6V)	100-130O (3,6V)	200-300O (6V)	100-200O (6V)	<100O (12V)
levensduur in cycli	>500	>500	300-500	>1000	500-700
kenmerken	Lage zelfontlading, hoge energiedichtheid, duurder dan NiMH en NiCd, na verloop van tijd capaciteitsverlies, zeker bij hoge temperaturen.	Lage zelfontlading, hoge energiedichtheid, duurder dan NiMH en NiCd, na verloop van tijd capaciteitsverlies, zeker bij hoge temperaturen.	Korte levensduur, hoge zelfontlading, vooral bij hoge temperaturen.	Bevat toxische metalen (cadmium), last van geheugeneffect, hoge zelfontlading, lange levensduur.	Alleen geschikt voor toepassingen waar gewicht geen rol speelt. Ongevoelig voor hitte en kou. bevat zware metalen (lood).

* De energiedichtheid is de hoeveelheid energie die de accu kan opslaan per kilo.
** De vermogensdichtheid is de stroomgrootte die de accu kan leveren. Terug

Batterij-technieken