4 redenen voor lithium-ijzerfosfaat in een batterijopslagsysteem

Welke batterij zit er eigenlijk in de sonnenBatterie? Strikt genomen is het een batterij-eenheid, die op haar beurt bestaat uit honderden afzonderlijke batterijcellen. Ze zijn allemaal met elkaar verbonden en dus groot genoeg om een huishouden urenlang van opgeslagen zonne-energie te voorzien.

Als u meer wilt weten, moet u zich afvragen wat er eigenlijk in de individuele batterijcellen zit. Het zijn lithium-ion batterijen, die alle bekende fabrikanten van batterijopslagsystemen tegenwoordig gebruiken. De meeste mensen kennen deze technologie van hun mobiele telefoon of laptop. Maar nu het grote verschil: binnen de lithium-ion batterijen zijn er talloze subtypes, waarvan sommige sterk van elkaar verschillen. Dat is logisch, want elke toepassing stelt andere eisen aan een batterij. Een batterij voor een mobiele telefoon wordt zeker aan andere spanningen blootgesteld dan een batterij voor een elektrische auto of een batterijopslagapparaat.

Bij sonnen hebben we vanaf het begin vertrouwd op lithium-ijzerfosfaat, ook bekend onder de afkorting LiFePO4 of LFP. Dit betekent dat één van de twee batterij-elektroden bestaat uit lithium-ijzerfosfaat. In de meeste batterijen voor mobiele telefoons, laptops of elektrische voertuigen bestaat deze elektrode uit een lithium-kobaltmengsel zoals nikkel-mangaan-kobalt (NMC) of nikkel-kobalt-aluminium (NCA).

Maar waarom gebruiken we eigenlijk lithium-ijzerfosfaat? Omdat wij onafhankelijk zijn van enige batterijfabrikant en dus niet gebonden zijn aan een bepaalde technologie. Hierdoor kunnen wij onze klanten de beste batterijtechnologie op de markt aanbieden. En in onze ogen is dat momenteel lithium-ijzerfosfaat. Bij de selectie van de juiste technologie gaan wij uit van 4 criteria, die momenteel alle andere door ons in ons batterijlaboratorium geteste batterijen uitsluiten.

1. Veiligheid

Hier is geen sprake van een compromis, want de sonnenBatterij wordt bij onze klanten thuis geïnstalleerd. Alle opslagsystemen zijn ook meerdere keren beschermd tegen mogelijke fouten en overtreffen alle momenteel geldende wettelijke vereisten. Maar dat is niet genoeg. Daarom gebruiken wij geen batterijtechnologie met een zeer hoge energiedichtheid, zoals in elektrische voertuigen of mobiele telefoons.

Om te weten hoe de batterijen reageren in het ergste maar zeer onwaarschijnlijke geval van een interne kortsluiting, voeren wij in ons batterijlaboratorium ook een spijkertest uit. Alleen als een batterij deze test overleeft en niet ontploft of verbrandt, wordt hij in aanmerking genomen. Niet veel batterijen die momenteel op de markt zijn, kunnen deze test doorstaan en zijn daarom volgens ons ongeschikt voor gebruik in batterijopslagsystemen.

Vooral bij de NMC- of NCA-cellen die wij hebben getest, veroorzaakt een gesimuleerde kortsluiting zeer hoge temperaturen van meer dan 700 °C, waardoor de separator kan smelten en zich naar de andere cellen kan verspreiden. Wat volgt is een brand die niet geblust kan worden, omdat de zuurstof voor de verbranding al in het batterijmateriaal zit en het dus zelfs onder water brandt.

In onze tests vertoonden zelfs volledig opgeladen lithium-ijzerfosfaatbatterijen geen vergelijkbare reactie als de daar gebruikte NMC- of NCA-cellen. Ze verbrandden niet en er ontstonden geen kritische temperaturen die de separator konden doen smelten of zich naar andere cellen konden verspreiden. Voor ons is dit een duidelijke keuze voor lithium-ijzerfosfaatbatterijen.

Dit is ook de conclusie van een onafhankelijke Duitse studie ("Compendium: Li-ion Batteries") door de Vereniging voor Elektrische, Elektronische & Informatietechnologieën (VDE) en de Duitse Commissie voor Elektrische, Elektronische & Informatietechnologieën (DKE), gefinancierd door het Bondsministerie voor Economische Zaken en Energie (BMWi).

Bij de vergelijking van lithium-materiaalsystemen over veiligheid komt de studie tot de volgende conclusie: "In tegenstelling tot oxiden vertoont lithium-ijzerfosfaat (LFP) geen thermische effecten tot 300 °C. Daarom is de studie gebaseerd op een vergelijking van lithium materiaalsystemen. Daarmee heeft LFP onder meer een voorsprong op de concurrentie op het gebied van veiligheid." En verder: "Bij een ongeval kan zich bij oxiden zuurstof ontwikkelen, met brand als gevolg. NCA (lithiumnikkel-kobalt-aluminiumoxide) is in dit verband bijzonder kritisch."

2. Levensduur en prestaties

Een huishoudelijk batterijopslagsysteem moet immers jarenlang betrouwbaar presteren, alleen dan is het echt duurzaam en economisch levensvatbaar. Ook hier is de batterijtechnologie doorslaggevend.

Een batterij verliest bij elke lading en ontlading een beetje van zijn oorspronkelijke capaciteit. Dit betekent dat het na verloop van tijd steeds minder energie kan opslaan. Dit proces is minimaal en duurt jarenlang tot het een niveau bereikt dat gewoonlijk het levenseinde wordt genoemd, dat vaak vrij plotseling komt. De meeste mensen kennen dit van hun mobiele telefoon, die het na 2 jaar nauwelijks meer uithoudt om langere gesprekken te voeren, ondanks dat deze volledig is opgeladen.

Elke batterijtechnologie heeft een andere tijd nodig om dit punt te bereiken. Vergeleken met thuisopslag zoals de sonnenBatterij heeft de batterij van een mobiele telefoon een erg kort levensduur en haalt meestal maar 300-500 laadcycli. Zelfs door ons geteste NMC-batterijcellen, die vaak in elektrische auto's worden gebruikt, halen aanzienlijk minder laadcycli. Maar dat hoeft niet zo te zijn. Voor de batterij van een elektrische auto is 1000 laadcycli al een goede waarde. Met een bereik van 300 km per lading komt dit overeen met een levensduur van 300.000 km. Zelfs veel benzinevoertuigen kunnen dat niet aan.

Voor zelfverbruik met zonne-energie zouden 1000 laadcycli daarentegen verre van voldoende zijn. Alleen al in Duitsland zijn ongeveer 250 laadcycli per jaar nodig om het eigenverbruik van zonne-energie te garanderen. Na vier jaar zou de batterij leeg zijn en vervangen moeten worden.

In de regel moet zo'n batterij echter 15-20 jaar meegaan. Bovendien zijn er bijkomende toepassingen zoals micro-WKK-eenheden, die het aantal laadcycli nog doen toenemen.

De lithium-ijzerfosfaat batterijen in de sonnenBatterie kunnen meer dan 10.000 keer worden opgeladen en ontladen en behouden 80% van hun oorspronkelijke capaciteit. Een topwaarde in de industrie. Zelfs na 15.000 cycli bevatten ze nog meer dan 60% van hun capaciteit. Lithium-ijzerfosfaat biedt ons de robuuste ruggengraat om dergelijke toepassingen probleemloos mogelijk te maken.

Ook hier bevestigt de door BMWi gesponsorde studie dat LFP tot vijf keer de cyclusstabiliteit en dus levensduur van NMC en NCA heeft. Dit relativeert de aanvankelijk hogere aanschafkosten per kWh opslagcapaciteit gedurende de levensduur van het batterijopslagsysteem. Volgens de studie bedragen de relatieve kosten per laadcyclus slechts 0,09-0,25 €/kWh/cyclus, in tegenstelling tot de kosten van NMC en NCA, die tweemaal zo hoog zijn.

3. Bewezen technologie

De lithium-ijzerfosfaattechnologie bestaat al meer dan 15 jaar. Het bewees aanvankelijk zijn waarde in bussen of zelfs onderzeeërs. Sinds de oprichting in 2010 vertrouwt sonnen uitsluitend op lithium-ijzerfosfaat en heeft daarmee inmiddels meer dan 90.000 accu-opslagunits verkocht. De belangrijkste leverancier van onze batterijen is Sony, die in 1991 de eerste commerciële lithium-ionbatterij lanceerde en zijn eigen lithium-ijzerfosfaattechnologie heeft ontwikkeld.

4. Milieuvriendelijkheid

Lithium-ijzerfosfaat is het enige batterijmateriaal waarvan de chemische samenstelling ook als natuurlijk mineraal voorkomt. We onthouden: een batterij bestaat uit twee elektroden. De ene is gemaakt van grafiet, de andere van een nikkel-kobaltmengsel of lithium-ijzerfosfaat. Onze batterijen bevatten dus geen kobalt of nikkel, die beide als giftige zware metalen worden beschouwd. Kobalt is ook een potentiële conflictgrondstof. Hoewel het in Europa gebruikte kobalt vaak afkomstig is uit Canada of Australië, bevindt een groot deel van de productie zich ook in Congo, waar de grondstof onder twijfelachtige omstandigheden wordt gedolven.

Ook in dit opzicht komt lithium-ijzerfosfaat in de BMWi-studie naar voren als de best beschikbare oplossing: "Vanuit ecologisch oogpunt is LFP, net als LMO, niet giftig en ongevaarlijk. Bovendien wordt het, in tegenstelling tot elektrodematerialen met nikkel en kobalt, reeds met succes gebruikt als potentieel goedkoop actief materiaal."

Conclusie:

Alleen als de batterijtechnologie aan al deze vier kenmerken voldoet, gebruiken wij haar. Daarom komt voor ons alleen lithium-ijzerfosfaat in aanmerking.