Is het je weleens opgevallen dat je je telefoon steeds vaker moet opladen na verloop van tijd? Dat is heel normaal, maar vraag je je af waarom dit gebeurt? Materiaalkundige Mark Huijben van de Universiteit Twente legt in een video van de Universiteit van Nederland uit waarom apparaten steeds sneller leeg raken en wat er precies binnenin een accu gebeurt. Hij behandelt onderwerpen zoals waarom accu’s geen eeuwig leven hebben, waaruit een accu bestaat, hoe een batterij werkt, wanneer een batterij kapot gaat en hoeveel keer een accu kan worden gebruikt. Deze fascinerende video biedt inzicht in de werking van de lithium-ion batterijen die in onze telefoons, laptops en e-bikes worden gebruikt, en verklaart waarom de capaciteit van de accu na verloop van tijd afneemt.

Waarom gaan telefoons steeds sneller leeg?

This image is property of i.ytimg.com.

Inleiding

Heb je gemerkt dat je telefoon steeds sneller leeg raakt en vaker moet worden opgeladen? Je bent niet de enige. In dit artikel zullen we bespreken waarom accu’s in telefoons en andere apparaten na verloop van tijd minder efficiënt worden en wat er binnenin een accu gebeurt. We zullen verschillende factoren bekijken, zoals het werkingsprincipe van accu’s, de opbouw van lithium-ion batterijen, veranderingen bij gebruik en opladen, de invloed van temperatuur en de levensduur van een accu.

Accu’s en batterijen

Het werkingsprincipe van accu’s en batterijen

Accu’s en batterijen werken volgens hetzelfde principe. Ze bestaan allemaal uit drie delen: een gedeelte waar energie in zit, een gedeelte waar geen energie in zit en een tussenliggend gedeelte dat de energie tegenhoudt. Wanneer je een apparaat aansluit op een batterij, zoals een lamp, gebeurt er iets met de inhoud van de batterij. De energie wordt afgegeven aan het aangesloten apparaat en bepaalde delen verplaatsen zich door de batterij naar de andere kant. Als je de batterij weer wil opladen, stop je er nieuwe energie in, waardoor de materialen terugverhuizen naar de andere kant en je opnieuw kunt beginnen.

Opbouw van accu’s en batterijen

Laten we eens kijken naar specifiek de lithium-ion batterij, die het meest wordt gebruikt in bijvoorbeeld telefoons, laptops en e-bikes. Deze accu’s zijn gemaakt van materialen als lithium, grafiet, kobalt, mangaan en nikkel. Het lithium bevindt zich aan de kant waar de energie wordt opgeslagen en wordt vastgehouden door laagjes grafiet. De kant waar geen energie in zit, bestaat uit lagen van zeldzame metalen. Om de twee kanten uit elkaar te houden, wordt een complexe zoutoplossing gebruikt als vloeistof.

Hoe werkt een lithium-ion batterij?

Lithium-ion batterijen als meest gebruikte type

Lithium-ion batterijen zijn het meest gebruikte type batterij in elektronische apparaten vanwege hun lichte gewicht en hoge energieopslagcapaciteit. Ze zijn te vinden in telefoons, laptops en e-bikes.

Opbouw van een lithium-ion batterij

Een lithium-ion batterij is opgebouwd uit lagen van verschillende materialen, zoals lithium, grafiet, kobalt, mangaan en nikkel. Het lithium bevindt zich aan de kant waar de energie wordt opgeslagen, terwijl de andere kant bestaat uit lagen van zeldzame metalen. Tussen de twee kanten bevindt zich een vloeistof die de materialen uit elkaar houdt.

Werking van elektronen en ionen

Wanneer je een apparaat aansluit op een lithium-ion batterij, bijvoorbeeld een lamp, worden de elektronen losgemaakt van het lithiumatoom en stromen ze door de batterij naar de lamp. Deze elektronen gaan buitenom, terwijl de lithium-ionen binnendoor naar de andere kant van de batterij gaan. Daar nestelen ze zich tussen de metalen aan die kant. Op deze manier wordt stroom geleverd.

Capaciteit van een accu

De capaciteit van een accu, oftewel hoeveel energie deze kan opslaan, hangt af van verschillende factoren, waaronder de temperatuur. Het proces van elektronen en ionen die van de ene naar de andere kant gaan, verloopt het beste bij een temperatuur van ongeveer 45 graden Celsius. Bij lagere temperaturen kan de capaciteit van de accu afnemen en bij te warme temperaturen kan de accu zelfs sneller beschadigen.

Veranderingen bij gebruik en opladen van een accu

Accu’s ondergaan veranderingen bij gebruik en opladen, waardoor de capaciteit na verloop van tijd afneemt.

Veranderingen in materialen

Door het gebruik van een accu worden ook andere materialen die in de batterij aanwezig zijn beïnvloed. Deze veranderingen kunnen leiden tot de vorming van barrières, waardoor de lithium-ionen steeds moeilijker van de ene naar de andere kant kunnen bewegen.

Groeiende barrières in de accu

Naarmate de accu vaker wordt gebruikt, groeien de barrières in de accu, waardoor de lithium-ionen steeds minder goed kunnen meedoen. Dit resulteert in een afname van de capaciteit van de accu.

Achteruitgang van de accu capaciteit

Als gevolg van de groeiende barrières en veranderingen in de materialen neemt de capaciteit van een accu na verloop van tijd af. Dit betekent dat de accu minder energie kan opslaan en sneller leeg raakt.

This image is property of images.unsplash.com.

Invloed van temperatuur op accu capaciteit

De temperatuur heeft een aanzienlijke invloed op de capaciteit van een accu.

Ideale temperatuur voor accu werking

Het proces van elektronen en ionen verloopt het beste bij een temperatuur van ongeveer 45 graden Celsius. Bij deze temperatuur kan de accu optimaal functioneren en wordt de hoogste capaciteit behouden.

Negatieve effecten van kou en warmte op accu’s

Bij lagere temperaturen, zoals bij het naderen of onder het vriespunt, kan de capaciteit van een accu afnemen. Dit betekent dat de accu minder energie kan opslaan en sneller leeg raakt. Bij te warme temperaturen daarentegen kan het proces van beschadiging in de accu’s zo snel gaan dat er veel meer delen van de accu niet meer meedoen, wat uiteindelijk leidt tot een onomkeerbare schade aan de accu.

Beschermingssysteem en beveiliging van accu’s

Accu’s zijn uitgerust met een beschermingssysteem om de stroom af te sluiten en de accu te beschermen, evenals om zo efficiënt mogelijk op te laden.

Beveiligingssysteem van accu’s

Het beschermingssysteem van een accu zorgt ervoor dat de stroom kan worden afgesloten om de accu te beschermen tegen beschadiging. Het zorgt er ook voor dat de accu op een efficiënte manier kan worden opgeladen.

Efficiënt opladen en bescherming tegen beschadiging

Het beschermingssysteem zorgt ervoor dat de accu zo efficiënt mogelijk wordt opgeladen, zodat de levensduur wordt verlengd. Dit systeem helpt ook om de accu te beschermen tegen mogelijke beschadigingen tijdens het opladen.

This image is property of images.unsplash.com.

De eerste keer gebruik en capaciteit van een accu

Bij de eerste keer gebruik van een accu vindt er al direct een verlies van maximale capaciteit plaats.

Verlies van maximale capaciteit

Wanneer een accu voor het eerst wordt gebruikt, wordt deze in de fabriek al een paar keer opgeladen en ontladen. Hierdoor neemt de maximale capaciteit van de accu direct af naar ongeveer 90%. Dit betekent dat, hoewel op het scherm 100% wordt weergegeven, de accu in werkelijkheid minder energie kan opslaan.

Vorming van barrières in de accu

Tijdens het eerste gebruik van een accu vormt zich een barrière in de accu. Deze barrière is niet helemaal slecht, omdat het voorkomt dat de capaciteit van de accu snel afneemt. Gemiddeld genomen kan een accu ongeveer 500 keer worden gebruikt voordat de capaciteit sterk begint af te nemen.

Levensduur van een accu

De levensduur van een accu wordt bepaald door het aantal keren dat deze kan worden gebruikt voordat de capaciteit aanzienlijk afneemt.

Gemiddeld aantal keer gebruik

Een accu kan gemiddeld genomen zo’n 500 keer worden gebruikt voordat de capaciteit sterk begint af te nemen. Afhankelijk van het gebruik kan dit ongeveer twee jaar duren.

Verlies van capaciteit na ongeveer 500 keer gebruik

Na ongeveer 500 keer gebruik begint de capaciteit van een accu aanzienlijk af te nemen. Dit betekent dat de accu sneller leeg raakt en vaker moet worden opgeladen.

Totale levensduur van een accu

Na ongeveer 500 keer gebruik begint de totale levensduur van een accu af te nemen. Afhankelijk van het gebruik kan een accu na ongeveer twee jaar merkbare tekenen van capaciteitsverlies vertonen.

This image is property of images.unsplash.com.

Conclusie

Er zijn verschillende redenen waarom telefoons steeds sneller leeg raken. Accu’s in telefoons en andere apparaten hebben een beperkte levensduur vanwege veranderingen in materialen, groeiende barrières in de accu, temperatuureffecten en de beperkte capaciteit van de accu. Het is belangrijk om de temperatuur van de accu in de gaten te houden en deze te beschermen tegen extreme temperaturen om de levensduur te verlengen. Hoewel accu’s na verloop van tijd in capaciteit afnemen, zijn er manieren om de levensduur van een accu te verlengen door deze op de juiste manier op te laden en te gebruiken.