Batterijen voor de 21e eeuw

Dit is momenteel de beste energiebron voor moderne, krachtige LED-koplampen en er is geen reden om een ander type batterij te gebruiken. Ze worden gebruikt door NASA in satellieten en door autobedrijven in elektrische auto's vanwege hun duidelijke voordelen - hoge capaciteit, laag gewicht, betrouwbaarheid.

Li-ionbatterijen hebben de beste verhouding tussen capaciteit en gewicht (volume). Ze zijn getest voor industrieel gebruik en veilig. De cellen zijn licht en slaan een grote hoeveelheid energie op. Ze worden alleen oplaadbaar gemaakt, dus ze vervuilen het milieu niet zoals wegwerpbatterijen. Ze gaan jarenlang probleemloos mee en als je ze op de juiste manier verzorgt, zul je in de loop der jaren zelfs geen capaciteitsverlies ervaren. Ze zijn echt betrouwbaar, als je ze oplaadt zullen ze altijd energie leveren.

Li-ion (Lithium-Ion) batterijen zijn bijna uitsluitend cilindrische (cilindervormige) batterijen met een laadspanning van 4,2 V en een levensduur van 500-1500 volledige cycli. Er zijn verschillende formaten, maar het meest gebruikte type is de 18650, een cilindervormige cel met een diameter van 18 mm en een lengte van 65 mm. Meer recentelijk hebben elektrische auto's het 21700 type naar voren geschoven.

Technische parameters van de huidige 18650-batterijen

Alle standaard Li-ion-batterijen worden opgeladen door het CC/CV-algoritme tot een eindspanning van 4,2V. De gemiddelde, nominale spanning is 3,6V (of 3,7V). Batterijen kunnen meestal worden ontladen tot 2,5V, vroeger ging dat slechts tot 2,8V. Een lagere spanning is gevaarlijk, je kunt de cel vernietigen. De inwendige weerstand varieert van 20 tot 80 milliohms, afhankelijk van het merk en type (lage of hoge stroom).

De hoogste stroomcapaciteit is ongeveer 3450mAh met een opgeslagen energie van niet meer dan 12,4Wh. Bij een hogere stroomopname neemt de opgeslagen energie (en capaciteit) iets af.

De accu kan meestal een maximale stroomafname (Max. Discharge Continuous Current) aan van 3-10A, accu's met een hoge stroomafname die worden gebruikt in gereedschap tot 30A.

De accu kan 500-1000 volledige cycli aan voordat de capaciteit afneemt tot 70-80% van de oorspronkelijke waarde. De levensduur kan worden verlengd (of veroudering vertraagd) door een lage laadstroom (bijv. C/5), langdurige opslag in gedeeltelijk opgeladen toestand (3,93V = 70%) en gebruik alleen boven 0°C. Meer informatie over levensduurverlenging vindt u hier: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Batterijen werken zelfs in extreme kou - bv. -20°C - maar dergelijk gebruik zal ze onomkeerbaar en geleidelijk vernietigen. Meer informatie over het gebruik bij vriestemperaturen vindt u hier: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

De ladingstoestand van de batterij kan worden gemeten met een voltmeter, de celspanning geeft een vrij nauwkeurige indicatie van de ladingstoestand. De ladingstoestand kan enigszins variëren, afhankelijk van de fabrikant en de aanduiding van de accu. In het algemeen geeft de volgende tabel de ladingstoestand weer:

Voor- en nadelen van Li-ion ten opzichte van conventionele batterijen

Vergeleken met AA- en AAA-batterijen (NiMh, NiCd, enz.) hebben ze veel voordelen. De batterijen gaan langer mee (meestal vele jaren), hebben een lagere interne weerstand en zijn gebouwd voor hoge stroomafname. Hun capaciteit neemt niet significant af bij hoge belasting. Li-ion batterijen hoeven op geen enkele manier geformatteerd te worden voor het eerste gebruik, je kunt ze op elk moment gebruiken, in elke staat van lading.

Li-ion-batterijen hebben een zeer lage zelfontlading, ze kunnen maanden braak liggen en hun ladingstoestand zal niet veel veranderen.

Li-ion-batterijen (formaat 18650, 21700) bieden momenteel de hoogste verhoudingen tussen capaciteit en gewicht en tussen capaciteit en volume. NiMh-batterijen zijn aanzienlijk (ik zou bijna "ordes van grootte" schrijven) slechter, dus voor dezelfde opgeslagen energie heb je een merkbaar hoger gewicht en aantal batterijen bij je.

Als er al nadelen zijn, dan is het dat je ze zeker niet overal ter wereld kunt kopen. Een ander nadeel kan zijn dat je huidige lader waarschijnlijk niet in staat is om deze batterijen op te laden, of dat de batterypack zichzelf oplaadt met zijn eigen netlader via een kabel. Het laatste nadeel is het grotere gevaar van het opzettelijk kortsluiten of ernstig mechanisch beschadigen van de accu. Bij normaal gebruik zal dit echter nooit gebeuren en de kwaliteitscellen zijn zeer veilig.

Ook geschikt voor lange reizen en expedities

We worden vaak gecontacteerd door mensen met de vraag om een hoofdlamp te kiezen voor een expeditie en de eis om gevoed te worden door klassieke AA-batterijen. Het argument is dat je die overal kunt kopen.

In feite zijn li-ion batterijen perfect bruikbaar voor mensen die 2 tot 3 weken weg zijn van de bewoonde wereld. De hoge capaciteit bij een klein gewicht en de hoge efficiëntie van onze hoofdlampen zorgen ervoor dat als je zuinig bent met de lamp, deze absoluut lang meegaat en langer meegaat dan elke andere hoofdlamp met AA-batterijen. Een voorbeeld hiervan is de Lucifer M hoofdlamp, die in de laagste stand 25 lumen schijnt en 180 uur meegaat op een enkele batterij. De gloed van 25 lumen is vaak het maximum van gewone plastic hoofdlampen, je kunt 's nachts comfortabel lopen op zo'n gloed. De 180 uur zouden 2 tot 3 weken moeten meegaan, of met een reservebatterij kun je 360 uur bereiken, dat wil zeggen 15 dagen onafgebroken schijnen of 30 dagen de hele nacht schijnen!

Beschermd en onbeveiligd li-ion

Beschermde batterijen zijn beveiligd tegen onderontlading, overontlading en kortsluiting. Ze zijn altijd gemaakt van onbeschermde cellen door een beveiligingscircuit toe te voegen. Daarom zijn ze iets langer (2-4 mm) en dikker (0,5 - 1 mm). Beveiligde cellen worden meestal gebruikt als vervangbare batterijen, d.w.z. dat de gebruiker ze kan hanteren, ze kan opladen in een externe schachtlader en ze net als andere gewone batterijen in de lampbehuizing kan plaatsen. Beschermde batterijen worden door veel verschillende fabrikanten aangeboden. De kwaliteit van de resulterende batterij hangt af van de kwaliteit van de originele cel en de kwaliteit van het beschermingscircuit (bijv. hoe hoog de extra weerstand van de bescherming is).

Onbeschermde accu's worden vaak parallel of in serie geschakeld door middel van scoring, waarna er een beveiligingscircuit wordt toegevoegd dat gemeenschappelijk is voor de hele accu. De accu wordt dan opgeladen via een kabel en de accu's kunnen op geen enkele manier worden gedemonteerd in afzonderlijke cellen. Dit is een veelgebruikt accupack-schema voor koplampen met een hoog vermogen, omdat bij hogere belastingen de accu's in serie moeten worden gezet, bijv. 2S. Hierdoor wordt een hogere spanning bereikt en wordt de stroom door de bedrading gehalveerd.

Pas op voor de alomtegenwoordige vervalsingen!

Het is gebruikelijk dat Chinese fabrikanten de capaciteit van batterijen overdrijven. Weet dat Li-ion-batterijen van hoge kwaliteit uitsluitend afkomstig zijn van Panasonic (Sanyo), Samsung, LG en Sony. Alleen deze 4 fabrikanten kunnen onbeschermde li-ioncellen produceren met een topcapaciteit van wereldklasse. Dit laatste betekent momenteel (maart 2020) de parameters:

• 258,3 Wh/kg bij 0,5A ontlading
• 749,7 Wh/l bij 0,5A ontlading

Deze parameters, zeer vergelijkbaar, worden bereikt door de 18650 batterijen Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 en LG MJ1 18650. Werkelijk geen enkele andere fabrikant komt qua capaciteit in de buurt!

De 21700 en 20700 formaat batterijen die vooral door elektro-automobiliteit (Tesla) opkwamen, bieden zelfs vandaag de dag nog steeds geen betere gewicht/capaciteitsverhouding dan de 18650 standaard, maar ze komen in de buurt. Bijvoorbeeld LG 21700 M50 5000mAh en Samsung INR21700-50E 5000mAh.

De evolutie van Li-ion technologie en de voorspelling voor toekomstige ontwikkelingen

De Li-ion-technologie ontstond in de jaren 1980 en 1990. In 1994 waren er bijvoorbeeld 18650 cellen beschikbaar met een hoge prijs en een capaciteit van slechts 1100mAh. Sinds 2000 heeft de Li-ion-technologie een snelle ontwikkeling doorgemaakt en is de capaciteit regelmatig aanzienlijk toegenomen. Geleidelijk is de standaard voor cilindrische 18650 cellen (18 mm diameter, 65 mm lengte) ingeburgerd geraakt en hebben de batterijen hun weg gevonden naar laptopbatterijen. In de afgelopen jaren is de ontwikkeling bijna tot stilstand gekomen bij de capaciteitsdrempel van 3400-3500mAh.

Pas de laatste paar jaar zijn er andere belangrijke li-ion-toepassingen opgedoken. Door hun voldoende capaciteit hebben ze zich massaal verspreid naar elektrische mobiliteit (elektrische auto's, elektrische scooters, elektrische fietsen, enz. Ze worden al lang gebruikt in koplampen, maar vormen een minderheid van het totale aantal geproduceerde cellen.

Momenteel heeft de ontwikkeling van Li-ion-batterijen fysieke barrières voor verdere capaciteitsvergroting geraakt en veel onderzoekers werken aan de volgende generatie Li-ion-batterijen. De ontwikkeling van zogenaamde "solid state" accu's, d.w.z. accu's zonder vloeibaar elektrolyt en accu's met grafeenelektroden, lijken veelbelovend. Vandaag (maart 2020) bestaan dergelijke batterijen nog niet! Maar het is realistisch dat ze binnen 3-5 jaar kunnen verschijnen. Onderzoekers voorspellen dat de capaciteit dan met wel 1/3 zou kunnen toenemen. Ik zou voorzichtiger en pessimistischer zijn in alle schattingen waar het woord "omhoog" wordt gebruikt.

Andere informatiebronnen

https://batteryuniversity.com/learn/ - een enorme bron van informatie over Li-ion batterijen
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - uitgebreide metingen van de capaciteit van alle mogelijke Li-ion batterijen