Geschiedenis van de accu

In dit blog kijken we naar de geschiedenis van accu’s. Ook geven we een overzichgt van de verschillende accu types die momenteel beschikbaar zijn.

We krijgen vaak vragen van mensen die door de bomen het bos niet meer zien op accu gebied. Met de vele verschillende accu types die beschikbaar zijn is het lastig om ze uit elkaar te houden. En, belangijker nog, om scherp te hebben welk type accu geschikt is voor uw toepassing.

Dit is het eerste blog in een serie om daar inzicht in te geven.

Uitvinding

De geschiedenis van de accu begint in de 18e eeuw. Vanaf het midden van die eeuw werd er geëxperimenteerd met de Leidse Fles voor het opslaan van elektrische energie. Snel daarna begon men meerdere Leidse Flessen te koppelen om de capaciteit te vergroten. Benjamin Franklin is waarschijnlijk de eerste die zo’n groep van Leidse Flessen een ‘elektrische batterij‘ noemde. Waar de term ‘batterij’ is afgeleid van dezelfde term die in het leger gebruik wordt voor een batterij artillerie stukken. In het Nederlands spreken we ook wel over een accu, kort voor ‘elektrische accumulator’.

In 1800 vond Alessandro Volta de ‘Zuil van Volta’ uit: de eerste echte accu. Anders dan de Leidse Flessen werkte de Zuil van Volta op basis van een chemische reactie.

De loodzuur accu, vandaag de dag nog steeds het meest toegepaste type accu, werd al in 1859 uitgevonden door Gaston Panté. Tot dat moment waren alle typen accu’s slechts geschikt voor éénmalig gebruik. De loodzuur accu was het eerste oplaadbare accu type.

Een veelheid aan type accu’s zijn sindsdien uitgevonden zoals nikkel-ijzer, nikkel-cadmium, nikkel-metaal-hydride en alkaline. Maar voor ons is de uitvinding van de lithium-ion accu verreweg het meest relevant. Alhoewel men reeds in 1912 begon te experimenteren met lithium accu’s duurde het tot het midden van de jaren zeventig tot de eerste oplaadbare lithium-ion accu werd gepatenteerd door Michael Stanley Wittingham. Daarna duurde het tot 1991 tot de eerste commerciële lithium-ion accu werd ontwikkeld.

Loodzuur accu’s

Alhoewel ze al anderhalve eeuw geleden zijn uitgevonden, worden loodzuur accu’s ook vandaag de dag nog veelvuldig gebruikt. De belangrijkste typen loodzuur accu’s zijn natte en droge loodzuur accu’s. De droge loodzuur accu’s worden ook wel Valve Regulated Lead-Acid (VLRA) accu’s genoemd, naar het veiligheidsventiel waarvan ze voorzien zijn. Er zijn twee typen droge (VLRA) accu’s: AGM, wat staat voor Absorbed Glass Mat, en gel accu’s.

Natte loodzuur accu’s

Natte loodzuur accu’s zijn ook nu nog het meestgebruikte type loodzuur accu’s. Zo worden ‘nat’ genoemd omdat ze een vloeibaar elektrolyt bevatten. Dit elektrolyt bestaat uit een mengsel van zwavelzuur en water. Dit type batterij is goedkoop, maar heeft onderhoud nodig: er regelmatig gedistilleerd water worden toegevoegd. En omdat het elektrolyt vloeibaar is, kunnen ze alleen rechtop staand worden gemonteerd.

Gel

Hoewel gel en AGM accu’s allebei zijn uitgerust met een veiligheidsventiel (VLRA), zijn ze sterk verschillend qua interne constructie. Gel accu’s gebruiken siliciumdioxide om zwavelzuur om te zetten in een gelachtige substantie (vandaar de naam “gel accu”), die vervolgens als elektrolyt wordt gebruikt. In tegenstelling tot natte loodzuur accu’s hoeven gel accu’s niet rechtop te staan. Daarnaast zijn ze beter bestand tegen schokken en trillingen.

AGM

Absorbed Glass Mat (AGM) accu’s maken gebruik van glasvezel matten tussen de accuplaten. De glasvezels houden het elektrolyt op zijn plaats door capillaire werking – vergelijkbaar met hoe water langs een handdoek omhoog kruipt wanneer deze in een badkuip wordt gelegd. AGM accu’s zijn onderhoudsvrij. Net als gel accu’s hoeven AM accu’s niet rechtopstaand te worden gemonteerd. En door hun stevige interne constructie zijn ze uitstekend bestand tegen schokken en trillingen.

Lithium-ion

In alle lithium-ion-batterijen worden lithium-ionen opgeslagen in de anode (- pool) en de kathode (+ pool) . Energie wordt opgeslagen en afgegeven als lithium-ionen zich tussen de anode en de kathode door de elektrolyt verplaatsen. Tijdens het opladen bewegen de lithium-ionen van de positieve kant (kathode) van de batterij naar de negatieve kant (anode). En bij ontladen bewegen de ionen in omgekeerde richting.

Een Batterij Management Systeem (BMS) is een essentieel onderdeel van een lithium-ion accu. Hoewel lithium-ion accu’s zonder een BMS kunnen werken, is het BMS nodig om ervoor te zorgen dat de accucellen veilig kunnen worden gebruikt. Daartoe bewaakt een goed BMS de individuele accucelspanning, de laad- en ontlaadstromen, de laadtoestand en temperatuur van de accu – en zorgt ervoor dat alle waarden binnen veilige grenzen blijven.

Er zijn veel verschillende soorten lithium-ion accu’s. De meeste gebruiken grafiet als anodemateriaal (- pool) en zijn te herkennen aan het materiaal dat voor hun kathode (+ pool) wordt gebruikt:

  1. Lithium ijzer fosfaat (LiFePO4 of LFP)
  2. Lithium Kobalt Oxide (LCO)
  3. Lithium Mangaan Oxide (LMO)
  4. Lithium Nikkel Mangaan Kobalt Oxide (NMC)
  5. Lithium Nikkel Kobalt Aluminium Oxide (NCA)

Ook is er één veelvoorkomend type lithium-ion accu dat gebruik maakt van een ander type anode materiaal (- pool):

  1. Lithium Titanate (LTO)

Een van de belangrijkste voordelen van lithium-ion-accu’s ten opzichte van loodzuuraccu’s is dat ze een hogere energiedichtheid hebben. Verder lopen de kenmerken van de verschillende soorten lithium-ion-accu’s sterk uiteen. In één van de volgende blogs in deze serie zullen we de verschillende soorten lithium-ion accu’s in detail bespreken.

Blog reeks

  1. Geschiedenis van de accu (dit blog)
  2. Loodzuur accu’s: Nat, Gel en AGM
  3. Typen Lithium accu’s
  4. Lithium accu’s: Typen accu cellen
  5. Lithium-ion vs. loodzuur accu’s
  6. De voordelen van LiFePO4