Li-ion versus NiCad

Lithium-ion (of Li-ion) batterijen zijn kleiner van formaat, vereisen weinig onderhoud en zijn milieuvriendelijker dan Nikkelcadmium (ook wel genoemd NiCad, NiCd of Ni-Cd) batterijen. Hoewel ze overeenkomsten vertonen, verschillen Li-ion- en NiCd-batterijen qua chemische samenstelling, milieu-impact, toepassingen en kosten.

Vergelijkingstabel

Li-ion versus NiCad vergelijkingstabel

Li-ion	NiCad
Nominale celspanning	3.6 / 3.7 V	1,2 V
Duurzaamheid van de cyclus	400-1200 cycli	2000 cycli
Specifieke kracht	~ 250- ~ 340 W / kg	150 W / kg
Oplaad- / ontlaadefficiëntie	80-90%	70-90%
Zelfontladingssnelheid	8% bij 21 ° C, 15% bij 40 ° C, 31% bij 60 ° C (per maand)	10% per maand
Energiedichtheid	250-620 W • h / L	50-150 W • h / L
Specifieke energie	100-250 W • h / kg	40-60 W • h / kg
beschikking	Niet-gevaarlijk afval	Gevaarlijk afval
Onderhoud	Heeft geen periodieke ontlading nodig	Vereist volledige ontlading vóór het opladen
Gewicht	20% -35% minder dan Nicad	meer
Geheugen effect	Lijd geen geheugeneffect	Lijdt aan geheugeneffect

Inhoud: Li-ion versus NiCad

• 1 Elektrochemie
• 2 Milieueffecten
• 3 kosten
• 4 Bediening en prestaties
• 5 Maten en Types
• 6 Toepassingen
• 7 Referenties

Elektrochemie

Een nikkel-cadmiumbatterij gebruikt cadmium voor de anode (negatieve pool), nikkeloxyhydroxide voor de kathode (positieve pool) en waterig kaliumhydroxide als de elektrolyt.

Een lithium-ionbatterij gebruikt grafiet als de anode, lithiumoxide voor de kathode en een lithiumzout als de elektrolyt. Lithiumionen bewegen tijdens het ontladen van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode en terug tijdens het opladen. Lithium-ion elektrochemische cellen gebruiken een geïntercaleerde lithiumverbinding als het elektrodemateriaal in plaats van metaalhoudend lithium, in tegenstelling tot de wegwerpbare lithium primaire batterijen.

Milieu-impact

NiCad-batterijen bevatten tussen 6% (industriële batterijen) en 18% (consumentenbatterijen) cadmium, wat een giftige zware metalen is en daarom speciale zorg vereist tijdens het weggooien van batterijen. De federale overheid classificeert het als gevaarlijk afval. In de Verenigde Staten is een deel van de batterijprijs een vergoeding voor de juiste verwijdering aan het einde van zijn levensduur.

De componenten van lithium-ionbatterijen zijn milieuvriendelijk omdat lithium niet schadelijk is.

Kosten

Een lithium-ionbatterij kost ongeveer 40 procent meer te produceren vanwege het extra beschermingscircuit om de spanning en stroom te controleren.

Werking en prestaties

Het grootste nadeel van nikkel-cadmium-batterijen is dat ze een "geheugeneffect" hebben als ze verschillende keren worden ontladen en opgeladen tot dezelfde lading. De batterij "onthoudt" het punt in de laadcyclus waar het opladen begon en tijdens daaropvolgend gebruik daalt plotseling de spanning, alsof de batterij leeg was. De capaciteit van de batterij neemt echter niet substantieel af. Sommige elektronica is speciaal ontworpen om deze gereduceerde spanning lang genoeg te weerstaan ​​om de spanning weer normaal te maken. Sommige apparaten kunnen echter niet door deze periode met verminderde spanning werken en de batterij lijkt eerder "dood" dan normaal.

Een soortgelijk effect dat spanningsverlaging of lazy-batterijeffect wordt genoemd, is het gevolg van herhaaldelijk overladen. In dit geval lijkt de batterij volledig opgeladen maar ontlaadt snel na slechts een korte periode van werking. Als ze goed worden behandeld, kan een nikkel-cadmiumbatterij 1000 cycli of meer aanhouden voordat de capaciteit tot onder de helft van de oorspronkelijke capaciteit daalt.

Een ander probleem is tegenlading, die optreedt als gevolg van een fout van de gebruiker of wanneer een batterij van meerdere cellen volledig is ontladen. Achterwaarts opladen kan de levensduur van de batterij verkorten. Het bijproduct van reverse charging is waterstofgas, wat gevaarlijk kan zijn.

Als dendrieten niet regelmatig worden gebruikt, ontwikkelen ze zich meestal in NiCad-batterijen. Dendrieten zijn dunne geleidende kristallen die het scheidingsmembraan tussen elektroden kunnen binnendringen. Dit leidt tot interne kortsluitingen en voortijdig falen.

Lithium-ionbatterijen zijn onderhoudsarm. Ze kunnen worden opgeladen voordat ze volledig zijn ontladen zonder een "geheugeneffect" te creëren en op een groter temperatuurbereik te werken. In vergelijking met Ni-Cd is de zelfontlading in lithium-ion minder dan de helft, waardoor deze goed geschikt is voor moderne brandstofmetertoepassingen. Het enige nadeel is dat de lithium-ionbatterij kwetsbaar is en een beschermingscircuit vereist om een ​​veilige werking te behouden. Het beschermingscircuit is in elk pakket ingebouwd, wat de piekspanning van elke cel tijdens het laden beperkt en voorkomt dat de celspanning te laag wordt bij ontlading. Om extreme temperaturen te voorkomen, wordt de celtemperatuur ook gecontroleerd.

Maten en soorten

Ni-Cd-cellen zijn verkrijgbaar van AAA tot D, dezelfde afmetingen als alkalinebatterijen, evenals verschillende multicelgroottes. Naast losse cellen zijn ze verkrijgbaar in verpakkingen van maximaal 300 cellen, die veel worden gebruikt in industriële toepassingen voor de automobielindustrie en de zware industrie. Voor draagbare toepassingen is het aantal cellen lager dan 18 cellen. Er zijn 2 soorten NiCd-batterijen: gesloten en geventileerd.

Li-ion-batterijen zijn kleiner, lichter en bieden meer energie dan nikkel-cadmium-batterijen. Ze zijn ook verkrijgbaar in een breed scala aan vormen en maten in 4 soorten formaten:

• Klein cilindrisch (massief lichaam zonder aansluitklemmen, zoals die worden gebruikt in laptopbatterijen)
• Groot cilindrisch (massief lichaam met grote terminals met schroefdraad)
• Buidel (zacht, plat lichaam, zoals gebruikt in mobiele telefoons)
• Prismatisch (halfharde plastic behuizing met grote schroefklemmen, vaak gebruikt in de tractiepakketten van voertuigen)

De buidelcellen hebben de hoogste energiedichtheid vanwege de afwezigheid van hoofdletters en kleine letters. Het vereist echter een externe vorm van insluiting om expansie te voorkomen wanneer het niveau van de oplaadtoestand (SOC) hoog is.

toepassingen

NiCad-batterijen kunnen in batterijpakketten worden gemonteerd of afzonderlijk worden gebruikt. Kleine en miniatuurcellen kunnen worden gebruikt in zaklantaarns, draagbare elektronica, camera's en speelgoed. Ze kunnen hoge stootstromen leveren met een relatief lage inwendige weerstand, waardoor ze een gunstige keuze zijn voor op afstand bestuurbare elektrische modelvliegtuigen, boten, auto's, draadloos elektrisch gereedschap en camera-flitsers. Grotere overstroomde cellen worden gebruikt voor het starten van batterijen, elektrische voertuigen en standby-vermogen.

Met kwaliteiten als hoge energiedichtheden, geen geheugeneffect en een langzaam verlies van lading wanneer ze niet worden gebruikt, zijn lithium-ionbatterijen de meest populaire keuze voor consumentenelektronica. Ze worden ook steeds populairder in militaire, elektrische voertuig- en ruimtevaarttoepassingen.

Referenties

• http://support.radioshack.com/support_tutorials/batteries/bt-liion-main.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel-cadmium_battery
• http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery