Alles over Lithium IJzerfosfaat batterijen in heftrucks

Het concept van de Lithium IJzer-Fosfaat batterij is nog relatief nieuw en onbekend, althans toch in heftruck toepassingen. De verwachting is echter dat deze techniek snel terrein zal gaan winnen op de huidige, meer bekende batterijtechnieken omdat het een aantal zeer noemenswaardige voordelen biedt. Tevens wordt het op de markt gebracht door de grootste fabrikant ter wereld op gebied van elektrische voertuigen. Onlangs nam het Chinese BYD dit stokje immers over van Tesla, wat een teken aan de wand kan worden genoemd. In dit artikel duiken we in de kenmerken van de Lithium IJzerfosfaat techniek (LiFePo4) ten opzichte van de meest voorkomende tegenhangers.

Lithium IJzer Fosfaat batterij voor heftrucks - Feyter Forklift Services

De techniek

In een elektrisch systeem met twee polen hebben we één pool waar de elektronen in gaan, de kathode, en een tegengestelde pool genaamd de anode. Lithium IJzer-Fosfaat is een nieuwe ontwikkeling op het gebied van batterijen. Recente ontwikkelingen hebben nieuwe, milieuvriendelijke, actieve kathode materialen opgeleverd, gebaseerd op overgangselement-fosfaten voor lithium toepassingen. De nieuwe batterijcellen maken gebruik van Lithium-ijzerfosfaat als kathode. Het toedienen van overgangselementen verandert de aard van de actieve materialen en brengt de interne weerstand van de cel omlaag.

 

Het verschil met Lithium-Ion

Li-Ion batterijen zijn bij de meeste mensen bekend van telefoons en laptops (feitje: de batterijen in het overgrote deel van de moderne telefoons komen uit de fabriek van BYD). Pas sinds de laatste jaren wordt de techniek ook steeds meer ingezet bij zwaardere inzet, zoals bij auto’s, bussen en heftrucks.

Lithium komt vaak voor in verschillende toepassingen, waaronder elektrische heftrucks, als Lithium-Cobalt-Oxide (LiCoO2). De fosfaat-gebaseerde techniek die bij de Lithium IJzer-Fosfaat variant wordt toegepast bezit 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), wat er onder andere voor zorgt dat zuurstofatomen zich moeilijker laten verwijderen in geval van misbruik van de batterij.

LiFePo4 is bovendien stabieler tijdens eventueel zuurstofverlies (bijv. bij kortsluiting of overlading) dan andere lithium technieken. Waar Li-Ion batterijen nog enkele nadelen hebben zoals het ontbranden bij oververhitting door opladen, of te weinig capaciteit kunnen leveren in zware omstandigheden, zijn de Lithium-fosfaat cellen onbrandbaar in geval van beschadigingen of mishandeling tijdens laden en ontladen en kunnen ze een hoge temperaturen weerstaan. Er is geen kans op explosies bij overlading, oververhitting, kortsluiting en beschadiging, dit in tegenstelling tot Lithium-ion en Lithium-polymeer en Lood-zuur batterijen.

Boven een bepaalde gebruikstemperatuur kent de Lithium-ion techniek het probleem dat het instabiel kan worden.  De aard van de elektrochemie kent in potentie het gevaar van de thermal runaway: als het te heet wordt kan het gaan branden. Onder andere om deze reden zijn Lithium-ion batterijen altijd uitgerust met een batterij management systeem. Dat garandeert echter niet 100% dat het risico verdwenen is. De Lithium IJzer-fosfaat batterij elimineert dit probleem doordat er geen enkele warmteontwikkeling plaatsvindt. Waar de vorige generatie LiPo cellen in hun prestaties nog wel erg werden beïnvloed door de omgevingstemperatuur, is dat bij de nieuwe LiFePO4 cellen geheel niet het geval. Ongeacht of het nu extreem koud is (-20°C) of uitzonderlijk warm (+60°C), de LiFe cellen zijn geschikt voor vrijwel alle denkbare toepassingen en alle omstandigheden.

Batterij vergelijk Lithium-IJzerfosfaat, Lithium-Ion en Lood-Zuur | Feyter Forklift Services

Bovenstaande afbeelding geeft de vergelijking in eigenschappen weer van de Lithium IJzer-Fosfaat batterij met Lithium-Ion en Lood-zuur. Hoe verder de lijn naar de buitenzijde van het diagram staat des te beter gedraagt de batterij zich op de desbetreffende karakteristiek.

 

Verschil met lood-zuur batterijen

De Lood-zuur batterij werkt op basis van de chemische reactie tussen loden platen en zwavelzuur. Deze techniek bestaat inmiddels al sinds 1859. In de anderhalve eeuw tot nu is het product uiteraard oneindig veel verfijnd en verbeterd. Echter, doordat de Lood-zuur batterij zodanig is ingeburgerd als de enige goede optie als tractiebatterijen voor heftrucks, zijn de nadelen die er toch nog steeds mee samen hangen geaccepteerd en de standaard geworden. Denk daarbij aan de korte, gemiddelde levensduur van zo’n 5 jaar. Bij Lood-zuur batterijen neemt de capaciteit snel af en na zo’n 1500 laadcycli is deze zo goed als opgebruikt.

Inmiddels  zijn er oplossingen voor de nadelen van deze batterij. De LiFePo4 batterij heeft minder verlies van capaciteit en dat resulteert in een langere levensduur van de batterij. In het vergelijk met een normale tractiebatterij, gaat de LiFePo4 batterij dan ook veel langer mee. Na ruim 10 jaar heeft de Lithium IJzer-Fosfaat batterij nog steeds zo’n 65% capaciteit over na meer dan 2000 oplaadmomenten.

De Lithium IJzer-Fosfaat batterijen maken geen gebruik van giftige, zware metalen. Daardoor zijn ze vele malen milieuvriendelijker dan NiCad en lood-zuur batterijen.

 

Laden en ontladen

Zoals uit de tekst hierboven al blijkt biedt de Lithium IJzer-Fosfaat techniek een aantal  voordelen bij het laden en ontladen. De cellen kunnen zeker 2000 keer worden opgeladen, waarna de batterij nog steeds een flinke capaciteit over heeft. Die lange levensduur gaat gepaard met een snel laadproces. Afhankelijk van het type lader zijn de cellen in ongeveer een half uur volledig opgeladen.

De LiFePo4 batterij heeft een zeer compacte dichtheid, waardoor een zeer constante ontlading plaatsvindt en de cel continue volle output geeft totdat deze compleet is ontladen. De Lithium IJzer-Fosfaat accu hoeft niet in één keer volledig te worden opgeladen, wat betekend dat er onbeperkt tussentijds geladen kan worden op strategische momenten zoals pauzes. Zodoende geeft een kwartier laden weer voldoende energie om, afhankelijk van het type werk, een aantal uren vooruit te kunnen. Met het tussentijds opladen van de batterij, waarbij er geen oplaad cyclus wordt geteld, kan de batterij continu worden ingezet.

De stabiliteit van de LiFePo4 batterij (zoals hierboven al beschreven: geen kans op explosies bij overlading, oververhitting, kortsluiting en beschadiging) maakt het mogelijk om het laden op iedere plaats in het bedrijf uit te voeren. De inrichting van een batterij laadstation is daardoor overbodig.

 

Alleen maar voordelen?

Zijn er dan alleen maar voordelen? Nee, helaas staat tegenover de vele voordelen zoals de zeer korte laadtijd, duurzaamheid, laag gewicht, milieuvriendelijkheid en een lange levensduur ook een nadeel: de Lithium IJzer-Fosfaat batterijen zijn in aanschaf aanzienlijk duurder dan lood-zuur accu's en vergelijkbaar met / mogelijk iets duurder dan Lithium-Ion. Echter, wie zich niet blind staart op de aanschafkosten maar ook de Total Cost of Ownership in ogenschouw neemt, die zal zien dat dit nadeel over de gebruiksperiode wordt goed gemaakt als gevolg van de langere levensduur met bijbehorende garanties, het feit dat de LiFePO4 batterijen onderhoudsvrij zijn en de 24/7 inzet wat wisselbatterijen overbodig maakt. De mate waarin de heftruck op uw bedrijf wordt ingezet is belangrijk om de aanschaf van Lithium heftrucks rendabel te maken. Hoe meer uren de machine per dag / per jaar maakt, des te interessanter is Lithium IJzer-Fosfaat. Om een gefundeerde keuze te maken kan een uitgebreide berekening voor uw specifieke inzet een uitkomst bieden.

 

Samengevat

Alles bij elkaar kunnen we de volgende voordelen en nadelen op een rij zetten als we de Lithium IJzer-Fosfaat afzetten tegen de verschillende andere technieken op de heftruckmarkt, zoals Lithium-ion en Lood-zuur batterijen.

 

Voordelen:

  • Lange levensduur, met meer dan 75% capaciteit na 10 jaar
  • Milieuvriendelijk
  • Snel opladen
  • Laden en opbergen in iedere toestand (leeg, half vol, vol)
  • Tussentijds laden berokkend de batterij geen schade
  • Diepe ontladingen geven geen blijvende schade
  • Geen memory effect
  • Geen explosiegevaar
  • Contact met water of gebruik in extreme temperaturen is ongevaarlijk
  • Onderhoudsvrij (ook geen dagelijks onderhoud met water bijvullen)
  • Geen inrichting van een laadstation benodigd

 

Nadelen:

  • Een hogere aanschafprijs in vergelijking met de traditionele lood-zuur batterij
Lithium IJzer-Fosfaat batterij