Levensduur accu verlengen en alles over veilig opladen
Over accu’s bestaan veel vooroordelen. Daarom gaan we even terug naar de basis: hoe werkt zo’n accu, waarom wordt tegenwoordig meestal lithium gebruikt en wat moet je doen om zo’n soort accu, gebruikt in bijvoorbeeld je smartphone of laptop, in topconditie te houden?
Het idee van energieleverende cellen bestaat al sinds 1800. Toen ontdekte de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta dat je stroom kunt opwekken met plaatjes zink en koper met daartussen een in zoutoplossing gedrenkt stukje papier. De huidige accu’s werken eigenlijk nog steeds volgens hetzelfde principe al worden meestal andere grondstoffen gebruikt.
Sinds de jaren 40 van de twintigste eeuw zijn accu’s klein genoeg om in echt draagbare apparaten te gebruiken, zoals radio’s en zaklampen. Daarna ging de innovatie snel. Inmiddels kunnen we niet meer zonder deze krachtbron in bijvoorbeeld onze smartphones, tablets, laptops en zelfs auto’s.
Hoe werken accu's?
Bij accu’s worden twee metalen gebruikt waarbij het ene metaal veel edeler is dan het andere, zoals bij zink en koper. De metalen worden ondergedompeld in een zout- of zuuroplossing, een zogeheten elektrolyt. Een chemische reactie zorgt dat aan de minpool (anode) elektronen worden vrijgemaakt, terwijl aan de pluspool (kathode) elektronen juist gebonden worden. Door dit verschil aan elektronen wordt een spanning opgebouwd.
Zodra het circuit wordt gesloten, door het aansluiten van een apparaat, komt een stroom negatief geladen elektronen op gang. Daardoor worden accu’s ook weleens elektronenpompen genoemd. Tegelijkertijd gaan er positief geladen deeltjes ofwel ionen door het elektrolyt heen, van de zink- naar koperplaat. Als de ionen op zijn, is de batterij leeg. In oplaadbare batterijen is het proces omkeerbaar, zodat je de batterij weer kunt opladen. Dat kan echter niet oneindig vaak, omdat de chemische reacties voor afbraak zorgen waardoor de elektrodes maar ook het elektrolyt steeds minder effectief werken.
Waarom wordt meestal lithium gebruikt?
Er wordt voortdurend gezocht naar de beste grondstoffen voor de anode, kathode en het elektrolyt in accu’s. Daarbij spelen naast gewicht ook de kostprijs, veiligheid en het milieu een rol. Tegenwoordig wordt meestal lithium gebruikt in de kathode, veelal in combinatie met kobalt. De anode bestaat bijvoorbeeld uit grafiet. Een voordeel van lithium is dat dit het lichtste metaal uit het periodiek systeem der elementen is. Het wordt gewonnen uit erts en pekel, en de voorraden zijn voorlopig gunstig. De vraag groeit echter explosief, vooral door de opkomst van elektrische auto’s: in één elektrische auto wordt grofweg zo’n tienduizend keer meer lithium gebruikt dan in de accu van je smartphone.
Voor het nu al prijzige kobalt zijn de vooruitzichten minder gunstig, fabrikanten proberen het gebruik ervan daarom te beperken. In de kathode is dit materiaal vrijwel net zo belangrijk: het helpt bij het bereiken van een optimale energiedichtheid en is erg stabiel, zodat het de gelaagde structuur van lithium goed in stand kan houden.
Wat zijn de gevaren?
Omdat bij accu’s veel energie in een kleine ruimte wordt opgeslagen, zijn ze niet zonder gevaar. Het grootste gevaar is kortsluiting tussen de elektrodes. Daarbij komt een grote hoeveelheid hitte vrij en kan een accu zelfs vlam vatten. Fabrikanten proberen de accu’s zo veilig mogelijk af te leveren door ze zwaar te testen voordat ze op de markt komen. Denk aan val- en druktesten, maar ook elektronische stresstesten.
Evengoed gaat het soms mis, zoals bij de beruchte Galaxy Note 7 van Samsung. Daar werd te weinig ruimte voor de elektrodes en het isolatiemateriaal gebruikt, waardoor in enkele gevallen kortsluiting kon optreden. Ook andere fabrikanten hebben in het verleden bepaalde accu’s teruggeroepen vanwege ontbrandingsgevaar. In vliegtuigen gelden daarom ook strengere regels voor het meenemen van accu’s in het vliegtuig. Je mag ze alleen in de handbagage meenemen. En reservebatterijen bij voorkeur in de originele verpakking of anders in een afsluitbare plastic zak waarbij de contactpunten zijn afgeplakt met niet-geleidende tape.
De meeste problemen ontstaan door verkeerd gebruik. Het apparaat wordt bijvoorbeeld in de zomerhitte gebruikt of het is hard op de grond gevallen. Ook een lader van slechte kwaliteit kan problemen geven, bijvoorbeeld als deze het ingebouwde beveiligingscircuit kapotmaakt.
Hoe kun je een accu langer laten meegaan?
Er zijn veel vooroordelen over de levensduur van accu’s en wat je moet doen om die te optimaliseren. Het is deels afhankelijk van het type accu. We nemen lithium-ion als uitgangspunt omdat dit tegenwoordig het meest wordt gebruikt. Over het algemeen hebben deze accu’s een levensduur van zo’n drie tot vijf jaar.
Voor het laden en ontladen zijn een paar simpele regels. Om te beginnen is er geen geheugeneffect. Vooral belangrijk is dat de lithium-ion-accu niet te ver wordt ontladen én niet te ver opgeladen. Overladen is helemaal uit den boze. Te ver ontladen is onverstandig, omdat de interne spanning dan te laag wordt, waardoor beschadigingen optreden, wat de levensduur doet dalen. Te ver opladen brengt ook risico’s met zich mee: er is namelijk een hogere spanning nodig om de laatste lithium-ionen ‘terug te brengen’.
Overladen zou niet mogelijk moeten zijn: een in de accu ingebouwd regelsysteem zorgt dat de stroomvoorziening op tijd wordt gestopt tijdens het laden. Overigens is het gebruik van een snellader ook niet altijd verstandig, want dat gaat ook met hogere spanning gepaard. Maar zolang je de originele lader gebruikt, kan er weinig misgaan.
Opladen bij lage temperaturen (onder het vriespunt) is een risico omdat interne beschadigingen optreden. Al met al moet een accu dus niet te leeg, maar ook niet te vol zijn, op een normale snelheid worden opgeladen en onder normale omstandigheden worden gebruikt. Overigens gelden voor het opbergen van een accu weer andere regels.
De capaciteit van een accu daalt zelfs als deze niet wordt gebruikt. Daar moet je op letten als je een accu korte of langere tijd opbergt. Dat verlies is aan capaciteit is overigens groter bij hogere temperaturen. Wil je het verlies aan capaciteit zoveel mogelijk beperken, berg de accu’s dan op in een koele ruimte (tot 25 graden) én laadt ze voordat je ze opbergt niet te ver op, in ieder geval niet verder dan 80 procent. Zo’n 40 tot 50 procent is ideaal. Let er wel op dat, als je het langere tijd opslaat, de lading wat terug zal lopen door de zogeheten zelfontlading, al is die bij lithium-ion-accu’s relatief beperkt.