2.5 LiFePO4 vs. Li-Ionen (NMC) in vergelijking

In dit artikel gaat het over lithium-ion en lithium ijzer-fosfaat batterijen. Na het artikel en de video bent u in staat om in te schatten, welk type batterij het beste geschikt is voor uw toepassing.

Voordat we naar de verschillende technologieën gaan, kijken we eerst naar de verschillende bouwvormen. Er zijn cilindrische cellen, prismatische cellen en pouch-cellen. Afhankelijk van de fabrikant vindt men verschillende cellen met verschillende inhoud. De bouwvorm zegt dus niet noodzakelijk iets over de werkelijke stof.

Van buitenaf ziet u niet aan de batterijen wat er binnenin de accu is ingebouwd. Bij de Torqeedo Travel 1103 zijn het bijvoorbeeld de cilindrische cellen. Vaak zijn dit de cellen van merkfabrikanten zoals Panasonic, Samsung of Sony. 

De cilindrische cellen hebben van alle types de hoogste energiedichtheid. De buitenhuls bestaat meestal uit zeer dun verchroomd staal. Een voordeel van de cilindrische cellen is de hoge stijfheid en robuustheid.

Vanwege de ronde vorm kunnen de cellen echter niet efficiënt binnen de behuizing worden gerangschikt en nemen ze relatief veel ruimte in beslag. Een ander nadeel zijn de hogere productiekosten, vooral vanwege het materiaal van de buitenlaag.

In het binnenste van de meeste LiFePO4 bevinden zich vier prismatische cellen. Het voordeel van slechts 4 afzonderlijke cellen is een eenvoudigere schakeling in het binnenste van de doos. Dit bespaart tijd en geld bij de productie.

Vanwege de vierkante vorm kan de ruimte veel efficiënter worden benut dan bij een ronde cel. De behuizing van de cellen bestaat meestal uit iets goedkopere aluminium. In vergelijking met de ronde cel neemt de prismatische cel echter meer ruimte in beslag en weegt de buitenbehuizing dus ook meer. 

Bij de ePropulsion Spirit 1.0 PLUS worden zogenaamde Pouch-cellen gebruikt. Het verschil met andere vormen is de hoogste energiedichtheid en het beste ruimtegebruik. Wanneer je de batterij eens opensnijdt, valt op dat de eigenlijke cellen slechts een klein deel van de accu uitmaken.

De behuizing van de Pouch-cellen bestaat uit zachte aluminium-composietfolie. Deze is in vergelijking met alle andere vormen het lichtst en het meest compact. Het voordeel van de Pouch-cellen is een hoge energiedichtheid en lage kosten voor de verpakking.

De Pouch-cellen zijn in vergelijking met andere celtypen echter niet zo robuust en stabiel, dus ze moeten goed beschermd zijn. Een ander voordeel is de goede koeling; warmte kan bij de Pouch veel gemakkelijker ontsnappen dan bij de prismatische cellen.

Verder in de tekst gaan we verder met de lithiumbatterijen en de verschillende technologieën. Wanneer we het hebben over lithiumaccu's, bedoelen we meestal lithium-ijzerfosfaatbatterijen, oftewel de chemische benaming LiFePO4. 

In de behuizing van de batterij bevinden zich meestal deze blauwe prismatische cellen. In China zijn er een paar grote fabrikanten, zoals CATL, Calb of EVE. We komen zo nog op de voor- en nadelen.

Bovendien zijn er lithium-ionbatterijen. Achter deze term schuilt een hele reeks verschillende celchemieën. Het meest voorkomende is lithium-nikkel-kobalt-mangaanoxide. Vaak ziet u de afkortingen NMC, Li-NMC of NCM. Er zijn echter ook andere mengsels zoals lithium-nikkel-kobalt-aluminiumoxide of andere varianten. Ze hebben allemaal verschillende voor- en nadelen.

De lithium-ionaccu's zijn meestal geïntegreerd in cilindrische cellen of pouch-cellen. Bijvoorbeeld ook in de accu van de ePropulsion Spirit 1.0 PLUS of de Torqeedo Travel 1103. U kent deze lithium-ionbatterijen natuurlijk ook uit elektrische auto's of van e-bikes. Ook in elke laptop of smartphone zijn deze batterijen geïntegreerd.

LiFePO4 weegt iets meer. Hier hebben we meestal net iets minder dan 10 kg per kWh. Li-NMC daarentegen weegt soms slechts tussen de 6 of 7 kg per kWh. 3 kg meer per kWh klinkt misschien weinig, maar is toch 50% meer gewicht.

Daarom worden de lichtere lithium-ionaccu's ook in elektrische auto's of e-scooters gebruikt. Hier heeft elk kilogram een grote invloed op de acceleratie, het verbruik en de actieradius. Kortom, dus een duidelijk voordeel voor de lithium-ionbatterijen.

Hoe staat het met de veiligheid van lithiumbatterijen? De LiFePO4-accu's hebben ten opzichte van de lithium-ionbatterijen een heel belangrijk voordeel: lithium-ijzerfosfaat is niet brandbaar of explosief. In het nieuws duikt af en toe een brandende Tesla op met een lithium-ionaccu, die dan met een speciale brandblusser moet worden geblust.

Ook al veroorzaken batterijen in verhouding veel minder schade dan verbrandingsmotoren, dat moet je tenminste weten. Bij LiFePO4 kan er echter echt niets gebeuren. Dit is vooral goed op het water, waar de accu's moeilijk te blussen zijn of de brandweer moeilijk kan ingrijpen. Lithium-ijzerfosfaat kan dus ook niet leiden tot verdere milieuschade.

Een grote rol bij de afweging of lithium-ijzerfosfaat of lithium-ion moet worden gebruikt, spelen de ontlaadcycli en daarmee de levensduur. Hier zijn er soms zeer grote verschillen. LiFePO4 heeft doorgaans 3.000 oplaadcycli bij 80% ontlading, de nieuwste LiFePO4 accu's hebben zelfs nog meer, dus 4.000 of 5.000 oplaadcycli. Lithium-ion accu's hebben daarentegen slechts ongeveer 800 tot 1.000 cycli.

U moet van tevoren dus heel goed nadenken over hoe vaak de batterij gebruikt zal worden. Dit heeft een aanzienlijke invloed op de keuze van de batterijtechnologie. Als de batterij op de boot misschien 50 keer per jaar ontladen en weer opgeladen wordt, zijn zelfs de 1.000 oplaadcycli van een lithium-ion batterij probleemloos voldoende voor de komende 20 jaar.

Als de boot bij een bootverhuur 200 dagen per jaar vaart, zijn dat per jaar 400 verbruikte oplaadcycli. We zouden daarom zeker een lithium-ijzerfosfaat batterij aanbevelen.

Laten we nu eens kijken naar de actuele prijzen. De lithiumaccu van Ultiatron met 7,68 kWh kost vanaf 1.999€. Dat is slechts 260€ per kWh. Bij gerenommeerde merken liggen de prijzen vaak aanzienlijk hoger: eerder 400 tot 600€ per kWh. De prijs hangt af van de functionaliteit en de toeleveringsketen. Als er een Bluetooth-BMS is ingebouwd, de batterij in serie kan worden geschakeld of de batterij meer ontlaadvermogen aankan, kost de batterij logischerwijs ook meer.

Aan de andere kant hebben we de lithium-ionaccu van de fabrikant Lithimo, die 6 kWh kost 3.399€. Dat is toch een redelijk goedkope 580€ per kWh. De standaard is echter, net als bij de Spirit 1.0 Plus, eerder een prijs van 800 - 1000€ per kWh.

Lithium-ionbatterijen worden gebruikt wanneer de batterij zo licht mogelijk moet zijn. Of wanneer ik een lichte glijboot heb en zo snel mogelijk wil glijden. Of wanneer ik de batterij regelmatig draag, zoals bij een opblaasboot of roeiboot. Bijvoorbeeld bij een 1 kW motor met geïntegreerde batterij zoals de Torqeedo Travel 1103 of de ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

Bij alle andere verplaatsingsboten maakt het niet uit of ik bij een 10 kWh nu 30 kg meer gewicht in de boot heb of niet. Bij zeilboten, woonboten en motorboten in verplaatsingsvaart maakt het gewicht geen verschil. Echter, het maakt een enorm verschil of ik voor de 10 kWh dan 3.000 tot 5.000€ meer uitgeef. Daarom raden we bij grotere systemen voornamelijk de LiFePO4-batterij aan.

Samenvattend kan men zeggen: Alleen op basis van de laadcycli en de hogere veiligheid zijn LiFePO4-batterijen bijna altijd aan te raden, bovendien kan er op deze manier ook behoorlijk wat geld bespaard worden.

Het belangrijkste voordeel van lithium-ijzerfosfaat is de goedkopere prijs. LiFePO4-accu's zijn al verkrijgbaar vanaf 260€ per kWh bij ons. We raden bijvoorbeeld de batterijen van Ultimatron aan, die echt zeer betaalbaar zijn en soms speciaal voor ons worden gemaakt.

Lithium-ion-accu's beginnen daarentegen bij 580€ en kosten meestal zelfs eerder 800 - 1.000€ per kWh. Voor glijboten zijn meestal lithium-ion-batterijen beter, simpelweg vanwege het lagere gewicht, wat een positieve invloed heeft op het verbruik en de snelheid.