Lipo overladen

I

I Xyzyx I

De hamvraag: Wat gebeurt er precies als je een lipo overlaad?

Dat een lipo niet overladen mag worden weet iedereen want dan kan de lipo ontploffen (lees: in brand vliegen).

Maar wat is nou precies de reactie die optreed in een lipo accu wanneer je deze gaat overladen?


Ik heb verschillende verhalen gehoord dat er zuiver lithium vrij komt dat reageert met water in de cellen. Maar toen ik reactie vergelijkingen ging zoeken van een lipo accu was dit het enige dat ik tegen kwam:

Vol geladen: LiCoO2 + 6C --> Li1-xCoO2 + LixC6
Ontladen: Li1-xCoO2 + LixC <----> Li1-x+dxCoO 2 + Lix-dxC

Oftewel er kan helemaal geen water vormen in een LiPo accu. Verder is het ook erg onlogisch omdat een lipo als je hem rustig overlaad niet stijgt in temperatuur tijdens het opzwellen.

Daarnaast is het zo dat LiPo accu's ook ontbranden zodra je ze doorboort, dus er kan wel zuiver lithium vrijkomen maar of dat ook een reden is dat de accu's ontbranden.

Ik kon verder geen informatie vinden over de precieze reactie die plaats vind wanneer je een lipo accu gaat overladen. Mij lijkt het dat de O2 vrij komt en reageert met de C's die in de accu zitten. Hierbij komt CO2 vrij waardoor het pack opzwelt.


Lithium zelf reageert zelf heel heftig met water, wat er precies gebeurt is:

Li + H2O => LiOH + H2 ( oftewel 6Li + 6H2O => 6LiOh + 3H2 als het kloppend moet)

Hierbij komt veel warmte af waardoor het vrijgekomen waterstof gas (H2) kan ontbranden waardoor de reactie nog heftiger wordt en er dus veel warmte vrij komt.

Paar kleine vragen waar ik niet zeker ben van het antwoord:

Zodra je een lipo overlaad en hij begint op te zwellen, is de reactie dan onomkeerbaar? (lees: zal hoe dan ook ontbranden)

Ontbrand een lipo die ontbrand door overladen heftiger dan een volle lipo waarvan het omhulsel doorboord wordt?

Ontbranden a123 of andere lithium batterijen met een hard omhulsel wanneer deze doorboord worden?


Mijn theorie is dat LiPo accu's ontbranden omdat het omhulsel scheurt door de hoge druk dat gevormd wordt door de gassen die vrij komen. Doordat het omhulsel scheurt kan er opeens lucht bij het binnenste van de batterij wat lithium bevat. De lithium reageert met water uit de lucht -> waterstof gas komt vrij + veel warmte -> waterstof gas ontbrand. Ja, waterstof brand met een "onzichtbare" vlam, maar alleen in ideale verhouding waterstof en zuurstof, zonder ideale verhouding brand het geel.


Ben wel benieuwd hoe jullie er over denken! Graag zoveel mogelijk onderbouwde opmerkingen, dwz met goede bron, eigen ervaringen ed... Zal binnenkort de 3 "kleine" vragen proberen uit te testen en meteen kijken wat de kritische grens is voor een lipo ontbrand ( hoeveel % een lipo overladen moet worden) al is dat waarschijnlijk afhankelijk van de verpakking.

Bronnen:
Wikipedia - LiPo batterijen, Alkali Metalen
Harding Energy ( Faq over lipo's ) - reactie formule lipo's
Youtube - Filmpjes over lipo brandjes
Eigen ervaringen - Lipo doorboren, waterstof verbranden
Schoolboeken - Alkali metalen
 
I Xyzyx I zei:


....Graag zoveel mogelijk onderbouwde opmerkingen, dwz met goede bron...

Bronnen:
Wikipedia - LiPo batterijen, Alkali Metalen
Harding Energy ( Faq over lipo's ) - reactie formule lipo's
Youtube - Filmpjes over lipo brandjes
Eigen ervaringen - Lipo doorboren, waterstof verbranden
Schoolboeken - Alkali metalen
Klik om te vergroten...


"Met goede bron"... en daaronder lees ik: Wikipedia.
Waar elke jandoedel iets in kan kalken... :confused:
 
Klopt. Ik heb dingen van wiki gehaald maar dat zijn meer de algemene dingen.

Daarom heb ik ook achter elke bron gezet welke informatie ik er van af gehaald heb, dan weet je welk deel mogelijk niet te vertrouwen is... heb het overigens gecheckt met andere sites/schoolboeken dus de info is redelijk betrouwbaar.

Edit: bedoelde trouwens meer dat de "bron" niet moet zijn: "een vriend van een vriend van een kennis van de vader van een neef van mij zei eens.." of "ik las ooit eens.. "

Zelf heb ik ook een paar van dat soort dingen genoemd, maar dan gaat het over mogelijke theorieën en niet over feitelijke informatie. Internet is sowieso geen goede bron dus behalve, de eigen ervaringen (dat lipo's ontbranden bij overladen/doorboren, lipo's een dun omhulsel hebben en dat waterstof ook geel kan branden) en informatie uit schoolboeken ( reactie van alkali metalen ), is eigenlijk alles ontkracht baar als iemand met een betere bron komt.
 
Laatst bewerkt:
Er komt geen lithium of water o.i.d. vrij bij het laden. Het is wel zo dat het oxide een relatief instabile verbinding met het Cobalt aangaat. Bij temperaturen hoger dan 150 graden laat de zuurstof los van het Cobalt en zal zich willen binden aan het lithium. Dit is een exotherme reactie dus er komt warmte vrij waardoor het hele proces steeds sneller versnelt.
Een kleine inwendige kortsluiting is soms genoeg om lokaal zoveel warmte te ontwikkelen dat de reactie op gang komt. Om de lipo's door overladen te laten branden moet je een stroom laten lopen die hoog genoeg is om de lipo's op te warmen totdat het zuurstof gaat ontbinden.

Andere batterijen zoals A123 gebruiken geen Cobalt of gebruiken het anders zodat de verbinding met het zuurstof stabieler is. Ik meen zelfs ergens gelezen te hebben dat de nieuwe (g3?) lipo's ook thermisch stabieler zijn.

Bron: ergens op het internet, ooit ergens gelezen.

Waterstof heeft geen gele vlam maar zie je helemaal niet. Bovendien heeft waterstof de "leuke" eigenschap dat het bij een lekkage nog wel eens spontaan wil gaan branden. Een waterstof brand is veel minder gevaarlijk dan een waterstof bel.

Bron: DSM

(Zou er ook een www.chemieforum.nl bestaan :) )
 
Laatst bewerkt:
Het probleem is dat de energie die bij het overladen nog in de accu wordt gestopt NIET wordt opgeslagen. Dat kan niet omdat de accu al vol is. Door de laadstroom zal er electrolyse plaatsvinden waardoor het lithiumzout (de lithium ionen) gesplitst wordt. Zo ontstaat er zuiver lithium metaal.
In LiPo's wordt een organisch oplosmiddel gebruikt om het lithiumzout in in het elektrolyt van polymeer te krijgen en te houden. Dat oplosmiddel kan ook door electrolyse gesplitst worden waarbij waterstof en mogelijk ook zuurstof kan vrij komen. Dat gaat een reactie aan om zo water te vormen.
Die reactie is NIET zoals vele zullen verwachter een steekvlam! Dat omdat er geen ontstekingsbron aanwezig is. De reactie is te vergelijken met die in een brandstof cel. Omdat de reactie te traag is om alle gassen snel genoeg te recombineren onstaat er gasdruk in de cel en zal hij opzwellen.
Toch ontstaat er een beetje warmte door. Daar komt bij dat er meer warmte ontstaat doordat je "nutteloze" stroom door de accu laat lopen. Dat bij elkaar opgeteld zal er voor zorgen dat je accu dus best warm zal worden. Hoe warm (of heet) hangt af van de mate van overladen. Hoe hoger die stroom des te meer lithium, gas en warmte er zal ontstaan en des te groter de kans op een plof.

Deze "kennis" heb ik verzameld op het internet door veel te zoeken en te lezen. Omdat ik geen chemicus ben kan ik bovenstaande niet met formules laten zien. Helaas wordt daar door de fabrikanten ook zo goed als niet over gepubliceerd. Kon je in het verleden bij sommige merken nog het één en ander op het internet vinden, nu is dat vrijwel over. Als je een gerichte vraag via e-mail stuurt krijg je soms een antwoord maar dat is meestal commerciëel verantwoord en niet wat je wilt. :(
Zo hier en daar kan je nog wel iets terug vinden maar het wordt steeds minder. Een mooi voorbeeld is de site van Kokam. Daar stonden tot voor redelijk kort nog grafieken op die de capaciteit versus de temperatuur weer gaven. Maar ook het aantal cycles versus de laadstroom en ook de ontlaadstroom, en zo nog meer zaken.
Bijna al die dingen zijn verdwenen en alleen zaken die commerciëel "goed" zijn staan er nog op. Jammer want ook die andere informatie is belangrijk, zeker voor gebruikers zoals wij die de accu's feitelijk zwaar "misbruiken".
 
Laatst bewerkt:
Lithium en water reageert heel heftig met elkaar waarbij zoveel warmte vrij komt dat het uit zichzelf ontbrand. Dus als er zowel zuiver lithium en water aanwezig zou zijn zou dat betekenen dat de cel heel snel warm zou worden. Als je naar het volgende filmpje kijkt dan zie je dat de lipo maar 28 graden celcius is vlak voor de lipo ploft:

CxlBvKrgVNw[/media] - World's SAFEST Battery!

Aangezien 28 graden niet bepaald een hoge temperatuur is lijkt mij niet dat er een reactie plaats vind waarbij veel temperatuur vrij komt.

Ook betwijfel ik het of het vrijkomen van zuiver lithium (als het vrij komt) reden is van de felle ontbranding als je ziet hoe een lipo die normaal vol geladen is ontbrand wanneer hij doorboord wordt...

Dat inderdaad de echte informatie verdwijnt bij modelbouw kun je op heel veel sites merken... Zodra er wat moeilijks staat dan haken veel mensen af en gaan ze voor een product dat niet zo moeilijk zou zijn. Bij de huidige modelbouwers gaat het er puur om dat iets werkt en als het werkt dat het maar zo hard mogelijk gaat.

@Jippieee

Dat zou een hoop verklaren, maar niet wat de vlam veroorzaakt want daarvoor moet er toch iets brandbaars vrijkomen..

Waterstof heeft wel degelijk een zichtbare geel gekleurde vlam bij waarschijnlijk een tekort aan zuurstof. Eigen ervaring: ballon gevuld met waterstof bij een vlam houden. Ballon met waterstof en zuurstof in een 2:1 verhouding geeft geen zichtbare vlam.
 
Laatst bewerkt door een moderator:
I Xyzyx I zei:
Ook betwijfel ik het of het vrijkomen van zuiver lithium (als het vrij komt) reden is van de felle ontbranding als je ziet hoe een lipo die normaal vol geladen is ontbrand wanneer hij doorboord wordt...
Klik om te vergroten...

Je vergeet dat de vrijkomende Lithium (en ja, die komt écht vrij op dat moment) vanuit een afgesloten omgeving vrij in de lucht terecht komt op dat moment.

Heb je al eens op WiKi gezocht wat zich in de lucht bevindt, dat met Lithium reageert?






(vooruit dan: water).
 
MPXfan zei:
Heb je al eens op WiKi gezocht wat zich in de lucht bevindt, dat met Lithium reageert?


(vooruit dan: water).
Klik om te vergroten...

Lithium reageer niet direct met het water, maar met het zuurstof dat zich in het water bevindt. Een watermolecule bestaat uit 1 zuurstof atoom en 2 waterstofatomen.

De lucht bevat ook zuurstof dus het lithium brand gewoon (net als bijv. houtskool) alleen dan wat heftiger.
 
I Xyzyx I zei:
Waterstof heeft wel degelijk een zichtbare geel gekleurde vlam bij waarschijnlijk een tekort aan zuurstof. Eigen ervaring: ballon gevuld met waterstof bij een vlam houden. Ballon met waterstof en zuurstof in een 2:1 verhouding geeft geen zichtbare vlam.
Klik om te vergroten...

Ik weet niet precies wat je hebt gedaan maar een ballon met 1:2 molverhouding zuurstof:waterstof "brandt" echt niet hoor!

Het knalt zo hard dat als die ballon waterstof had bevat je hier nu niet zat te typen;)
 
Jippieee zei:
Lithium reageer niet direct met het water, maar met het zuurstof dat zich in het water bevindt. Een watermolecule bestaat uit 1 zuurstof atoom en 2 waterstofatomen.

De lucht bevat ook zuurstof dus het lithium brand gewoon (net als bijv. houtskool) alleen dan wat heftiger.
Klik om te vergroten...

Sorry, maar Lithium reageert wel degelijk met water. Daarbij wordt waterstof gas geproduceerd en lithium hydroxide. Dit gaat gepaard met energie-ontwikkeling. Naarmate de snelheid van de reactie toeneemt, des te meer vrijkomende energie er wordt geproduceerd...
 
MPXfan zei:
Sorry, maar Lithium reageert wel degelijk met water. Daarbij wordt waterstof gas geproduceerd en lithium hydroxide. Dit gaat gepaard met energie-ontwikkeling. Naarmate de snelheid van de reactie toeneemt, des te meer vrijkomende energie er wordt geproduceerd...
Klik om te vergroten...


Dat klopt! Maar dat zei ik ook: het lithium bindt zich met het zuurstof in het watermolecuul en daar komt inderdaad waterstofgas als restproduct bij vrij. Als dit waterstofgas ook nog eens gaat branden dan verloop de reactie nog vuriger, maar ontbranding is niet noodzakelijk voor een heftige reactie.

Overigens is het principe hetzelfde als met aluminium dat dezelfde reactie aangaat met een NaOH (gootsteenontstopper) oplossing.
 
Jippieee zei:
Dat klopt! Maar dat zei ik ook: het lithium bindt zich met het zuurstof in het watermolecuul en daar komt inderdaad waterstofgas als restproduct bij vrij. Als dit waterstofgas ook nog eens gaat branden dan verloop de reactie nog vuriger, maar ontbranding is niet noodzakelijk voor een heftige reactie.

Overigens is het principe hetzelfde als met aluminium dat dezelfde reactie aangaat met een NaOH (gootsteenontstopper) oplossing.
Klik om te vergroten...

Dan bedoelen we hetzelfde.
''Vroeger'' gebruikten we in het chemisch lab waar ik werkte vers geperst Li- en Na-draad om zeer droge oplosmiddelen watervrij te houden. Zal nog steeds gangbaar zijn.

Het gaf altijd mooie effecten als er 'per ongeluk' een brokstukje Li/Na richting gootsteen ging :-)
 
Jippieee zei:
Ik weet niet precies wat je hebt gedaan maar een ballon met 1:2 molverhouding zuurstof:waterstof "brandt" echt niet hoor!

Het knalt zo hard dat als die ballon waterstof had bevat je hier nu niet zat te typen;)
Klik om te vergroten...

Ik wil niet weten wat voor formaat ballon jij voor ogen hebt maar met gewoon een standaard ballon stelde de knal eigenlijk niet heel erg veel voor. Vond de knal vergelijkbaar met een nitraat (illegaal vuurwerk wat niet heel hard knalt).

Lithium reageert niet alleen met het zuurstof uit water, maar met zowel de waterstof als zuurstof uit het water:

Li + H2O => LiOH + H2

@Mpx

Dat de lithium met water uit de lucht zou reageren had ik al bedacht, staat ook in het eerste topic als je goed zoekt. Maar daarom betwijfel ik ook of lipo batterijen onveilig zijn vanwege de chemische bestanddelen of omdat ze een 'slecht' omhulsel hebben waardoor er in zeer korte tijd veel lucht bij kan.
 
Yup.. dat is met 100% waterstof volgens mij.

Wij hadden er ook 1 met ongeveer 1:2 zuurstof en waterstof verhouding... daar kwam geen zichtbare vlam vanaf.
 
Laatst bewerkt door een moderator:
100 % waterstof gaf toch wel degelijk een knal en er kwam duidelijk een vlam er af.

De ballon met zowel zuurstof als waterstof knalde harder en gaf een niet/nauwelijks zichtbare vlam.

Dat zijn mijn persoonlijke ervaringen.

Maar het ging er om wat er nou precies gebeurde tijdens het overladen en dat de gele vlam die van lipo's af komt wel degelijk veroorzaakt kan worden door waterstof dat verbrand. Dit omdat waterstof ook geel kan verbranden, hoe dat komt weet ik niet 100% zeker maar ik denk een tekort aan zuurstof.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top