Lithium-ferro batterijen

Techniek

LiFePo4 staat voor Lithium-IJzer-Fosfaat en is de laatste ontwikkeling op accu gebied. Deze volkomen nieuwe batterijcellen maken gebruik van Lithium-ijzerfosfaat als kathode. Recente ontwikkelingen hebben nieuwe milieuvriendelijke actieve kathode materialen opgeleverd, gebaseerd op overgangselement-fosfaten voor lithium-ion toepassingen. Het toedienen van overgangselementen verandert de aard van de actieve materialen en maakt het mogelijk om de interne weerstand van de cel omlaag te brengen.
Fosfaat-gebaseerde technieken bezitten een hoge thermische chemische stabiliteit waardoor betere veiligheidsomstandigheden ontstaan in Li-Fe cellen dan in lithium-ion batterijen met andere kathodes. IJzer (Fe) is een slimmer kathode materiaal dan Cobalt (Co). De Fe-P-O verbinding is sterker dan Co-O zodat de zuurstofatomen zich veel moeilijker laten verwijderen in geval van misbruik. Deze stabilisatie van de redox energie verbetert tevens de snele verplaatsing van ionen, waar het eigenlijk allemaal om gaat in het oplaadbare batterijproces. LiFePO4 is bovendien veel stabieler tijdens eventueel zuurstofverlies (bijv. bij kortsluiting of overlading) dan andere lithium technieken, dus zijn er geen extra beveiligingscircuits nodig.
Lithium-fosfaat cellen zijn onbrandbaar in geval van beschadigingen of mishandeling tijdens laden en ontladen; ze kunnen hoge temperaturen weerstaan zonder uit elkaar te vallen of spatten. De fosfaat techniek biedt ook nog eens een langere levensduur.  
De prestaties van de cel kunnen ook nog 'getuned' worden door de identiteit van het hierboven genoemde overgangselement te veranderen. Zo kan zowel voltage als capaciteit van deze actieve materialen gereguleerd worden. Celspanningen van 2.1 tot 5 Volt zijn zijn mogelijk.
Met de komst van de lithium-polymeer cellen - die elke vorm kunnen aannemen - leek het tijdperk van cilindercellen ten einde te komen. Maar de LiFePO4 cellen hebben weer gewoon een cilindervorm, zij het iets korter en dikker dan de li-ion of NiMH cellen.
  

Laden - ontladen

Enkele van de grote voordelen van Li-Fe zijn de lange levensduur en de milieuvriendelijkheid. De cellen kunnen liefst 2000 maal opgeladen worden, tegenover 500 maal voor een NiMH cel. Dat betekent een enorm lange levensduur, die ook nog gecombineerd wordt met een snel laadproces. In circa een half uur moeten de cellen alweer volledig opgeladen, natuurlijk afhankelijk van het ladertype. Ook opvallend is dat LiFe accu's, in tegenstelling tot de vorige generatie LiPo cellen, geen enkele last hebben van extreme temperaturen. Van bittere kou (-20°C) tot brandende hitte (+60°C): niets deert de LiFe cellen. De cellen zijn zo geschikt voor vrijwel alle denkbare toepassingen in de meest barre omstandigheden. 
LiFePo4-accu's maken geen gebruik van giftige, zware metalen en zijn een stuk milieuvriendelijker dan NiCad en loodaccu's. Bovendien zijn ze licht van gewicht, ook weer een groot voordeel ten opzichte van loodaccu's.

Gebruik

LiFe-cellen zijn veel veiliger dan andere accusoorten: er is geen kans op explosies bij overlading, oververhitting, kortsluiting en beschadiging; dit in tegenstelling tot lithium-ion of lithium-polymeer accu's.  
Tegenover de vele voordelen zoals de zeer korte laadtijd, duurzaamheid, laag gewicht, milieuvriendelijkheid en een lange levensduur staat slechts één nadeel: de LiFe accu's zijn momenteel nog erg duur. Bovendien is de LiFePo4 technologie onderhevig aan enkele patent-disputen, zodat fabrikanten op zoek zijn naar even goed presterende chemische varianten.
Al deze eigenschappen maken Li-Fe accu's bij uitstek geschikt voor bijvoorbeeld laptops, UPS systemen en accugereedschap en uiteindelijk hybride auto's. 
Fosfaten verminderen de nadelen van cobalt aanzienlijk, met name de kosten, de veiligheid en de milieuonvriendelijkheid. Daartegenover staat dat de energiedichtheid 14% lager is, maar hogere energievarianten worden onderzocht. Vanwege de veel betere veiligheidkarakteristieken van fosfaten in vergelijking met de huidige lithium-ion cobalt cellen, kunnen ook accu's met grotere cellen worden geproduceerd, zonder te hoeven terugvallen op extra veiligheidsmaatregelen.
De eerste massageproduceerde Li-Fe cellen werken met een spanning van 3,2 Volt en een capaciteit van 1200mAh. Er zijn eveneens niet-oplaadbare LiFePo4 batterijen op het normale AA formaat verkrijgbaar, met 1.5 Volt spanning en 2900mAh capaciteit. De eerste Yanec accu die gebruik maakt van de Li-Fe technologie is de VPX0111 powertoolaccu voor Black&Decker. Niet verwonderlijk dat het hier om een powertoolaccu gaat; juist deze draadloze gereedschappen worden vaak in extreme omstandigheden toegepast. 

Voordelen

• Laden en opbergen in iedere toestand (leeg, half vol, vol); tussentijds laden is onnodig 

• Diepe ontladingen geven geen blijvende schade aan de accu.

• Zeer snel opladen 

• Geen memory effect

• Geen explosiegevaar

• Contact met water is ongevaarlijk 

Nadelen

• Lagere capaciteit dan standaard Li-Ion cellen: 3.0V nominale spanning (lithium-ion: 3.7V)

• Beperkte beschikbaarheid 

• Hoge prijs


Terug naar algemene batterij-informatie