Lithium-ionbatterijen

Gereedschapsfabrikanten zijn gefocust op het ontwerpen van gebruiksvriendelijke gereedschappen met slimme technologie voor verbeterde prestaties en veiligheid. Eén van de moeilijkste taken is het verder verbeteren van de draadloze batterijtechnologie. De grootste verschuiving tot nu toe kwam er toen op nikkel gebaseerde batterijen (in casu de nikkel-cadmium-accu (NiCd) en de nikkel-metaalhydrideaccu (NiMH)) het pleit verloren van de lithium-ionbatterij (Li-ion). Die ontwikkeling zorgde voor fors verbeterde prestaties en leverde belangrijke voordelen op zoals een lichter, compacter ontwerp en een langere gebruiksduur. Dankzij het gebruik van metalen met een lage toxiciteit, een grotere energiedichtheid en een lage zelfontlading zijn lithium-ionbatterijen ook vandaag nog steeds een toonaangevende krachtbron voor elektrisch gereedschap.

Veiligheid en milieu

Verbeterde prestaties zijn één zaak, maar er zijn nog andere redenen waarom onderzoekers naar nieuwe soorten batterijen zoeken. Veiligheid en milieuvriendelijkheid zijn daarvan de voornaamste. ‘De nieuwe batterijen moeten veiliger worden in hun chemische samenstelling en zo weinig mogelijk zeldzame grondstoffen bevatten’, stelt Bebat. ‘Positieve effecten op mens en milieu zullen doorwegen in een toekomst waarin batterijen een steeds belangrijke rol spelen. Maar nieuwe batterijen moeten ook beantwoorden aan de noden van de markt. Dat betekent snellere oplaadtijden, een langere rijtijd in een elektrisch voertuig, een langere gebruiksduur voor power tools en andere consumentenelektronica, betaalbare groene energie voor particulieren en bedrijven, enz. Ondertussen zijn er al verschillende mijlpalen bereikt, al zien we dat nog niet meteen in ons professionele leven van vandaag. 

Warmtebestendige batterij

Oplaadbare lithium-ion batterijen hebben heel wat pluspunten, maar helaas ook minpunten zoals de warmte-ontwikkeling. Bij een te hoge warmte kan de batterij beschadigd raken en aan capaciteit verliezen. Onderzoekers van Penn State University ontwikkelden daarom een batterij die opwarmt tot +/- 60°C en dan weer afkoelt dankzij de nikkelfolie aan de negatieve pool (-pool) van de batterij. De accu kan tot 1700 volledige laadcycli aan en de batterij van een elektrische wagen is in 10 luttele minuten weer opgeladen. Ook het Battery Innovation Centre (BIC) van de onderzoeksgroep MOBI van de Vrije Universiteit Brussel deed een duit in het zakje met de ontwikkeling van de ‘solid-state’ (vaste-stof) batterijen. Daarin wordt het vloeibare elektrolyt vervangen door een vast materiaal, wat resulteert in krachtiger, kleiner, veiliger en goedkoper batterijen, maar die worden vooralsnog verder ontwikkeld voor de EV-sector.

‘Stacked battery’ technologie

Een verdere ontwikkeling van de Li-ion technologie die wel al toegepast wordt bij elektrische gereedschappen zijn de gestapelde batterijcellen – de zogenaamde ‘stacked battery technology’ – die ontworpen zijn om meer vermogen, snellere oplaadsnelheden en een langere gebruiksduur op te leveren. De gestapelde accu-celtechnologie bestaat uit platte cellen die een lagere inwendige weerstand hebben en daardoor koeler blijven tijdens de toepassing. Als gevolg van een groter oppervlak wordt de warmte immers beter afgevoerd dan bij cilindrische cellen. Minder warmteontwikkeling betekent minder kans op uitval van de accu. Wanneer accu's worden geladen en ontladen, neemt de capaciteit af na verloop van tijd. Dit leidt tot meer warmteontwikkeling en minder beschikbaar vermogen. Het capaciteitsverlies van een accu met gestapelde cellen is slechts een fractie van de accu van een cilindrische cel.

Lithium-zwavelbatterij

VITO, UHasselt, IMEC, KU Leuven en EnergyVille zijn dan weer volop aan de slag met een ander veelbelovend nieuw batterijtype: de lithium-zwavelbatterij. Dat is een batterij die geen kobalt en nikkel nodig heeft. Dat zijn niet allen toxische materialen, er zijn ook nog eens enorme hoeveelheden water en energie nodig zvoor de ontginning. In de plaats daarvan werkt de batterij met zwavel, de op twee na meest voorkomende grondstof op aarde die bovendien vaak wordt beschouwd als afvalproduct. De technologie staat nog niet volledig op punt, maar ziet er volgens wetenschappers wel hoopvol uit. De lithium-zwavelbatterij heeft namelijk het potentieel om vijf keer meer energie op te slaan dan de huidige lithium-ionbatterij.

Lithium-CO2 batterij

Sinds 2019 is er ook een batterij die CO2 (koolstofdioxide) uit de omringende lucht of uit specifieke industriële gassen haalt. Onderzoekers van het MIT (Massachusetts Institute of Technology) ontwikkelden de electro swing battery die je kunt vergelijken met een stofzuiger. De batterij heeft een bekleding van polyanthraquinone rond haar elektroden. Die coating trekt koolstofdioxide-deeltjes aan die daarna worden opgeslagen of verder gebruikt. Wetenschappers voorzien nog veel meer toepassingen voor deze technologie. CO2 (koolstofdioxide) speelt nog op een andere manier een rol in de zoektocht naar betere batterijen en dat kan positief uitdraaien voor de markt van de power tools. De lithium-CO2 batterij biedt méér batterijcapaciteit voor minder gewicht. Lithium-ion krijgt binnenkort stevige concurrentie. De combinatie van lithium en CO2 houdt namelijk tot 7 keer meer stroom vast dan lithium-ion vandaag. Probleem is wel dat die CO2 zich vastzet in de batterij, waardoor de capaciteit op den duur wél vermindert. In 2019 werd molybdeendisulfide (MoS2) toegepast voor een bruikbare lithium-CO2 batterij, maar veel nieuws is daar verder niet meer van vernomen.

Veiligheid en ergonomie

De zoektocht van fabrikanten om het gebuik van power tools veiliger, gemakkelijker en comfortabeler te maken staat een stuk verder. Ergonomische verbeteringen zoals anti-vibratietechnologie, gebruiksvriendelijke bedieningselementen, comfortabele handgrepen en compactere en lichtgewicht ontwerpen zijn ondertussen goed ingeburgerd. Veiligheidsverbeteringen zoals ingebouwde stofreductie (DR)-systemen en actieve koppelregeling (ATC)-systemen helpen bij het verzamelen van stof dat schadelijk silica bevat, terwijl ATC de boorrotatie stopt wanneer een bit vastloopt om verwondingen te helpen voorkomen. Andere veiligheidsvoorzieningen op gereedschappen zijn onder meer de mogelijkheid om gereedschappen zoals slijpmachines onmiddellijk uit te schakelen bij gevaar voor de gebruiker.

Duurzaamheid

Op het gebied van duurzaamheid zijn er systemen in het leven geroepen om batterijen aan het einde van hun levensduur in te zamelen om te voorkomen dat ze naar stortplaatsen worden gestuurd en om ervoor te zorgen dat ze op de juiste manier worden gerecycled. In ons land heeft Bebat daar al enorm veel inspanningen voor geleverd. In 2021 werkten Stanley Black & Decker en Eastman samen om een nieuwe lijn duurzaam elektrisch gereedschap te creëren, gemaakt van gerecycleerde plastic flessen. De tools zitten ook nog eens verpakt in een volledig recycleerbare verpakking.

Verbeterde connectiviteit

Elektrisch gereedschap wordt ook steeds slimmer door een toenemende integratie van het IoT (Internet of Things). Denk daarbij aan ingebouwde Bluetooth-connectiviteit en de mogelijkheid om verbinding te maken met smartphone-apps om gereedschappen en apparatuur te volgen. Tooltracking met trackingtags kan bijvoorbeeld ook helpen bij het lokaliseren van ontbrekende of gestolen tools of het beheren van de inventaris. Connectiviteit kan verder gebruiksgegevens verzamelen om een onderhoudsplan aan te sturen wat dan weer de levensduur verbetert. De gebruiker kan ook zelf verschillende instellingen beheren via een smartphone-app.

Borstelloze motoren

Meer en meer gereedschapsfabrikanten brengen producten uit met koolborstelloze motoren. Bij dit type motor gaat de stroom naar het veld en niet via koolborstels naar het anker. Het veld is bij een koolborstelloze motor voorzien van wikkeling en het anker van een magneet. Omdat de stroom niet via koolborstels loopt heb je ook geen wrijving en is er een betere stroomoverdracht naar de motor. De motor is daardoor constanter in toeren en dus efficiënter. Geen wrijving betekent ook dat de motor minder snel warm wordt en een langere levensduur heeft. Geen wrijving betekent ook geen verloren energie in warmte. Deze motor gaat dus spaarzamer om met de energie van de accu en kun je meer bewerkingen op 1 volle acculading doen.