Twee van de batterijtypes waarmee u het meest vertrouwd bent, misschien zonder het zelfs maar te weten, zijn de loodzuurbatterij en de lithium-ionbatterij. De meeste auto's in Amerika hebben een loodzuuraccu aan boord, terwijl vrijwel elke Blackberry- en laptopcomputer zijn stroom krijgt van een lithium-ionaccu. De ene soort batterij is goed voor uw auto en de andere voor uw mobiele telefoon komt voort uit de chemicaliën die in elk type batterij worden gebruikt.
Basisprincipes van de batterij
Een batterij is een elektrochemisch apparaat, wat betekent dat het elektriciteit opwekt door gecontroleerde chemische reacties tussen verschillende stoffen. De meeste batterijen, inclusief lithium-ion- en loodzuurbatterijen, bevatten een anode, een kathode en een stof daartussen dient als elektrolyt. De anode is meestal de positieve pool en er stroomt elektrische stroom in wanneer de batterij in gebruik is. De kathode is meestal de negatieve pool, en bij gebruik stroomt er elektrische stroom uit. De chemie tussen hen is wat de elektrische stroom van zijn lading voorziet, maar ze hebben een derde stof nodig in de vorm van een elektrolyt om als medium te dienen. Als de anode en kathode met elkaar in contact zouden komen, zou het resultaat een kortsluiting zijn.
Loodzuurelektrochemie
De anode en kathode in een typische loodzuurbatterij zijn gemaakt van lood en looddioxide, en ze worden overbrugd door een elektrolyt van een oplossing die ongeveer een derde zwavelzuur is. Terwijl de batterij elektriciteit ontlaadt, zet de chemische reactie de twee elektroden geleidelijk om in loodsulfaat. Het opladen van de batterij keert die conversie gedeeltelijk om.
Lithium-ion-elektrochemie
Lithium-ionbatterijen gebruiken een verscheidenheid aan stoffen, met als gemeenschappelijk element de migratie van lithium tussen de elektroden tijdens de elektriciteitsopwekkende reactie. Grafiet wordt meestal gebruikt om de anode te maken, terwijl kathoden kunnen worden gemaakt van lithiumkobaltoxide, lithiumijzerfosfaat of lithiummangaanoxide en daarnaast andere op lithium gebaseerde stoffen. De elektrolyt is typisch een oplossing van lithiumzout in een organisch oplosmiddel. Het opladen van een lithium-ionbatterij keert de migratie van lithium in de chemie van de batterij om.
Loodzuurkenmerken:
Loodzuurbatterijen zijn een van de oudste praktische, oplaadbare batterijontwerpen, daterend uit het midden van de 19e eeuw. Ze hebben een van de laagste energie-naar-gewicht en energie-naar-volume batterij-ontwerpen die er bestaan, waardoor ze erg groot en zwaar zijn voor de totale hoeveelheid stroom die ze kunnen leveren. Wat ze wel goed doen, is dat ze een zeer hoge piek-gewichtsverhouding hebben, wat betekent dat ze in één keer een grote stroomstoot kunnen leveren. Dit maakt ze perfect voor toepassingen die een grote, plotselinge stroomstoot nodig hebben, zoals autostarters. Loodzuurbatterijen zijn ook goedkoop te produceren. Ze zijn echter niet erg goed in rollen die gedurende een lange periode een constante, lage of middelmatige toevoer van elektriciteit vereisen. Ze hebben ook lange oplaadtijden.
Lithium-ion-functies:
Vooral in vergelijking met een loodzuuraccu hebben lithium-ion-ontwerpen een hoge vermogen-gewichts- en vermogen-volumeverhouding. Het zou moeilijk zijn om moderne laptops, mobiele telefoons en andere energieverslindende elektronische apparaten voor te stellen zonder deze batterijen, want om aan die stroomvereisten te voldoen met andere batterijontwerpen zou onhandigere batterijen met kortere levens. Er zijn zelfs lithium-ionbatterijen met een groot piekvermogen, zoals die van een loodzuurbatterij. Ze hebben echter twee grote nadelen. Ten eerste zijn ze erg duur om te maken. Ten tweede neemt hun vermogen om een lading vast te houden af, zelfs wanneer de batterij niet in gebruik is. Een loodzuuraccu kan meerdere jaren meegaan met een goede capaciteit. Iedereen die een jaar of twee dezelfde batterij van een mobiele telefoon of laptop heeft bewaard, weet dat hetzelfde niet kan worden gezegd van de typische lithium-ionbatterij.