Technologie, voordelen en kosten van lithium-ionbatterijen

Hoe werkt een lithium-ionbatterij? Welke voordelen heeft deze ten opzichte van een loodzuuraccu? Wanneer is opslag in een lithium-ionbatterij rendabel?A lithium-ionbatterij(kortweg: lithium-ionbatterij of Li-ionbatterij) is de verzamelnaam voor accu's gebaseerd op lithiumverbindingen in alle drie de fasen: in de negatieve elektrode, in de positieve elektrode en in de elektrolyt, de elektrochemische cel. Lithium-ionbatterijen hebben een hoge specifieke energie vergeleken met andere soorten batterijen, maar vereisen in de meeste toepassingen elektronische beveiligingscircuits, omdat ze ongunstig reageren op zowel diepe ontlading als overlading.Lithium-ionbatterijen worden opgeladen met elektriciteit uit het fotovoltaïsche systeem en indien nodig weer ontladen. Loodaccu's werden lange tijd beschouwd als de ideale oplossing voor zonne-energie voor dit doel. Lithium-ionbatterijen hebben echter doorslaggevende voordelen, hoewel de aanschaf ervan nog steeds gepaard gaat met extra kosten, die echter worden terugverdiend door gericht gebruik.Technische structuur en energieopslaggedrag van lithium-ionbatterijenLithium-ionaccu's verschillen qua algemene structuur niet wezenlijk van loodaccu's. Alleen de ladingsdrager is anders: wanneer de accu wordt opgeladen, "migreren" lithiumionen van de positieve elektrode naar de negatieve elektrode van de accu en blijven daar "opgeslagen" totdat de accu weer ontladen wordt. Als elektroden worden meestal hoogwaardige grafietgeleiders gebruikt. Er zijn echter ook varianten met ijzergeleiders of kobaltgeleiders.Afhankelijk van de gebruikte geleiders hebben lithium-ionbatterijen verschillende spanningen. De elektrolyt zelf moet in een lithium-ionbatterij watervrij zijn, omdat lithium en water een heftige reactie veroorzaken. In tegenstelling tot hun loodzuurvoorgangers hebben moderne lithium-ionbatterijen (vrijwel) geen geheugeneffecten of zelfontladingen, en behouden lithium-ionbatterijen hun volledige vermogen langdurig.Lithium-ion-accu's bestaan ​​doorgaans uit de chemische elementen mangaan, nikkel en kobalt. Kobalt (chemische term: kobalt) is een zeldzaam element en maakt de productie van lithium-accu's daardoor duurder. Bovendien is kobalt schadelijk voor het milieu. Daarom wordt er veel onderzoek gedaan naar de productie van kathodemateriaal voor lithium-ion-hoogspanningsaccu's zonder kobalt.Voordelen van lithium-ionbatterijen ten opzichte van loodzuurbatterijen◎Het gebruik van moderne lithium-ionbatterijen brengt een aantal voordelen met zich mee die eenvoudige loodzuurbatterijen niet kunnen bieden.◎Ten eerste hebben ze een veel langere levensduur dan loodzuuraccu's. Een lithium-ionaccu kan zonne-energie bijna 20 jaar lang opslaan.◎Ook het aantal laadcycli en de ontladingsdiepte zijn vele malen groter dan bij loodaccu's.◎Door de verschillende materialen die bij de productie worden gebruikt, zijn lithium-ionaccu's bovendien veel lichter dan loodaccu's en compacter. Ze nemen daardoor minder ruimte in beslag tijdens de installatie.◎Lithium-ionbatterijen hebben bovendien betere opslageigenschappen wat betreft zelfontlading.◎Daarnaast mag men ook het milieuaspect niet vergeten: Loodaccu's zijn bij de productie niet bepaald milieuvriendelijk vanwege het gebruikte lood.Technische kerncijfers van lithium-ionbatterijenAan de andere kant moet ook vermeld worden dat er door de lange gebruiksduur van loodaccu's veel zinvollere langetermijnstudies zijn dan voor de nog zeer nieuwe lithium-ionaccu's, waardoor ook het gebruik en de bijbehorende kosten beter en betrouwbaarder berekend kunnen worden. Bovendien is het veiligheidssysteem van moderne loodaccu's deels zelfs beter dan dat van lithium-ionaccu's.In principe is de bezorgdheid over gevaarlijke defecten in lithium-ioncellen ook niet ongegrond: zo kunnen zich op de anode dendrieten, oftewel puntige lithiumafzettingen, vormen. De kans dat deze vervolgens kortsluiting veroorzaken, en daarmee uiteindelijk ook een thermische runaway (een exotherme reactie met sterke, zichzelf versnellende warmteontwikkeling) veroorzaken, is vooral groot bij lithiumcellen met celcomponenten van lage kwaliteit. In het ergste geval kan de verspreiding van deze fout naar aangrenzende cellen leiden tot een kettingreactie en brand in de batterij.Naarmate echter steeds meer klanten lithium-ionbatterijen als zonnebatterijen gebruiken, leiden de leereffecten van fabrikanten met grotere productieaantallen ook tot verdere technische verbeteringen van de opslagprestaties en een hogere bedrijfszekerheid van lithium-ionbatterijen, evenals verdere kostenverlagingen. De huidige technische ontwikkelingsstatus van lithium-ionbatterijen kan worden samengevat in de volgende technische kerncijfers:

Opslagcapaciteit en kosten van lithium-ion-zonnebatterijenDe kosten van een lithium-ion zonnebatterij zijn over het algemeen hoger dan die van een loodaccu. Bijvoorbeeld loodaccu's met een capaciteit van5 kWhkosten momenteel gemiddeld 800 dollar per kilowattuur nominale capaciteit.Vergelijkbare lithiumsystemen kosten daarentegen 1.700 dollar per kilowattuur. De spreiding tussen de goedkoopste en duurste systemen is echter aanzienlijk groter dan bij loodsystemen. Zo zijn lithiumbatterijen met 5 kWh ook verkrijgbaar voor slechts 1.200 dollar per kWh.Ondanks de over het algemeen hogere aanschafkosten zijn de kosten van een lithium-ion-zonnebatterijsysteem per opgeslagen kilowattuur over de gehele levensduur echter gunstiger gerekend. Dit komt doordat lithium-ion-accu's langer stroom leveren dan loodaccu's, die na een bepaalde tijd vervangen moeten worden.Bij de aanschaf van een batterijopslagsysteem voor residentieel gebruik mag men zich daarom niet laten afschrikken door hogere aanschafkosten, maar moet men altijd de economische efficiëntie van een lithium-ionbatterij afzetten tegen de totale levensduur en het aantal opgeslagen kilowattuur.Voor het berekenen van alle kengetallen van een lithium-ionbatterijopslagsysteem voor PV-systemen kunnen de volgende formules worden gebruikt:1) Nominale capaciteit * laadcycli = Theoretische opslagcapaciteit.2) Theoretische opslagcapaciteit * Efficiëntie * Ontladingsdiepte = Bruikbare opslagcapaciteit3) Aankoopkosten / Bruikbare opslagcapaciteit = Kosten per opgeslagen kWh

BSLBATT: Fabrikant van lithium-ion zonnebatterijenEr zijn momenteel veel fabrikanten en leveranciers van lithiumionbatterijen.BSLBATT lithium-ion zonnebatterijengebruiken A-klasse LiFePo4-cellen van BYD, Nintec en CATL, combineren deze en voorzien ze van een laadregelsysteem (batterijbeheersysteem) dat is aangepast aan fotovoltaïsche energieopslag om de juiste en probleemloze werking van elke afzonderlijke opslagcel en van het hele systeem te garanderen.