artikel

Lithium Ion in material handling: voor- en nadelen

Warehousing 2730

Lithium Ion in material handling is steeds vaker een alternatief voor de loodzuurbatterij. Maar de ontwikkelingen naar Lithium batterijen duren langer dan verwacht. Deels vanwege de hoge prijs en de onzekerheden die er zijn; veiligheid, nieuwe alternatieven zoals de fuel cell, of de onzekerheid rond prijsontwikkeling in verband met schaalgrootte en grondstof schaarste.
Voordelen zijn er zeker.

Lithium Ion in material handling: voor- en nadelen

Het belangrijkste voordeel is dat Lithium Ion geen loodzuur batterij is. De nadelen van loodzuur zijn de meeste gebruikers duidelijk. Loodzuur batterijen zijn high maintenance. Er zit elektrolyt in de batterijen en dat moet regelmatig gecontroleerd en bijgevuld worden. Elektrolyt trekt vuil aan en het accuzuur kan de omgeving of goederen aantasten.

Laden- ontladen

Een loodzuur batterij moet met beleid geladen worden, zoals regelmatig compleet vol laden en het laadproces niet afbreken omdat het de levensduur verkort. Ook het ontladen moet met beleid. Een loodzuur batterij te heftig gebruiken, bijvoorbeeld lang achter elkaar, met weinig rust en relatief zware lasten put een batterij uit. Zowel in de shift als in zijn verwachte levensduur. De loodzuur batterij is ook enigszins gevoelig voor mechanische belasting door drempels en oneffen vloeren.

Veilig en weinig onderhoud

Lithium Ion heeft hier allemaal geen last van. Het is een gesloten systeem, bevat geen vloeibaar elektrolyt, heeft vrij weinig onderhoud nodig, kan de omgeving of goederen niet aantasten, kan makkelijk hoge stromen afgeven en opnemen, en kan vrij goed tegen mechanische schokken.

Het werken met Lithium Ion batterijen vraagt vrij weinig verstand van zaken. Lithium Ion is een beetje Grab & Go. Je hebt er weinig omkijken naar. Je moet er natuurlijk ook bij een Lithium Ion batterij wel over nadenken wanneer er gelegenheid is om te laden.

lithium ion

Energiedichtheid lithium Ion

  • De energiedichtheid van Lithium Ion batterijen is hoog. In dezelfde ruimte kan je afhankelijk van het soort Lithium Ion batterij (zie kader) ruwweg vier keer zoveel energie kwijt als met een loodzuur batterij. In principe voor de meeste toepassingen genoeg om het klokje rond te kunnen werken zonder te wisselen of bij te laden. Er komt natuurlijk een moment dat de batterij leeg is. Wie overgaat op Lithium Ion batterijen voor bijvoorbeeld een 24/7 operatie zal zich de vraag moeten stellen wanneer en hoeveel er tussendoor geladen kan worden, en of dat voldoende is om de logistieke operatie niet in gevaar te brengen. Op basis daarvan kan je de capaciteit van de batterij en de lader bepalen. Het is even puzzelen.

Snel laden

  • Een Lithium Ion batterij kan je binnen vrij ruime grenzen laden wanneer je wil en hoe je wil. Je kan een Lithium Ion batterij snel opladen, maar het hoeft niet. De praktijk leert dat in veel situaties het vooroordeel van snel moeten laden in ieder geval niet ingegeven is door de eisen van de logistieke operatie. Vaak is er genoeg gelegenheid om met vrij normale laadstromen de Lithium Ion batterij te laden. De belasting van het lichtnet hoeft dus meestal niet te veranderen met de komst van Lithium Ion.

 

Lees ook
Jungheinrich breidt lithium-ion gamma flink uit
Hyster brengt lithium primeur op veelzijdig HUB-event
Lithium-Ion batterijen voor Linde magazijntrucks
Still levert groot li-ion project af in Lübeck

 


Levensduur en TCO

  • De verwachte levensduur van Lithium Ion batterijen in termen van het aantal kilowatts dat het gedurende zijn technische levensduur door kan zetten is vele malen hoger dan loodzuur. Afhankelijk van soort (zie kader) en inzet kan dat grofweg een factor drie tot zes schelen. Dat maakt dat een Lithium Ion batterij in aanschaf in ieder geval meer kost, maar in TCO mogelijk minder dan loodzuur batterijen. Zeker als je de voordelen meetelt van niet wisselen (risico op schade), ruimte besparing (geen laadstation nodig), tijd besparing (voor onderhoud en batterij wisselen) en kapitaalbeslag (van wisselbatterijen en batterij wissel equipment).

Nadelen van Lithium Ion batterijen

  • De prijs van Lithium Ion batterijen blijft hoog. Ook al daalt deze binnen automotive op het moment snel. Die beweging is nog niet te zien in material handling, zeker niet in dat tempo. Gemiddeld genomen ligt de prijs van een Lithium Ion batterij pakweg vier keer zo hoog als een loodzuur batterij en gaat ook vier keer zo lang mee. Overigens is het slecht een-op-een vergelijken omdat je met een kleinere capaciteit Lithium Ion batterij ten opzichte van loodzuur vaak prima uit de voeten kan. Het bepalen van de passende batterijcapaciteit is het puzzelen waar we het eerder over hadden. For sake of the discussion, grof over de duim, vier keer zo veel betalen voor vier keer zoveel levensduur. Winst is dan te behalen bij dubbele shift met wisselbatterijen. De lagere kosten zitten in de eerder genoemde betere TCO, ook omdat de langere levensduur van Lithium Ion een langere afschrijftermijn voor de trucks makkelijker maakt. Weer rule of thumb, 20% besparing heb je zo te pakken.

Warmteontwikkeling

  • De keerzijde van de hoge energiedichtheid van Lithium Ion en het makkelijk energie op kunnen nemen en af kunnen geven is o.a. warmte ontwikkeling. Boven een bepaalde gebruikstemperatuur kan Lithium Ion instabiel worden. Onder andere daarvoor heeft een Lithium Ion batterij een batterij management systeem. Dat garandeert niet altijd een goede afloop. Daar zijn genoeg voorbeelden van bekend. Voor de goede orde, binnen het normale gebruiksvensters is Lithium Ion net als andere alternatieven een veilig product. Maar door de aard van de elektrochemie van Lithium Ion kent het in potentie het gevaar van de thermal runaway. Als het te heet wordt kan het gaan branden en die brand is moeilijk te beteugelen. In de luchtvaart zijn er niet voor niets strenge regels voor het vervoer van Lithium Ion batterijen. Loodzuur kent het thermal runaway verschijnsel niet.

Recycling

  • Voor wie Lithium Ion overweegt en recycling belangrijk vindt wellicht goed om te weten dat daar nog een uitdaging ligt. Het is mogelijk om alle, ook zeldzame, grondstoffen grotendeels terug te winnen. De kosten en inspanning zijn echter zo hoog dat meestal afgezien wordt van recycling. Wel kan worden gekozen voor hergebruik. Het bekende voorbeeld is de afgedankte autobatterij toepassen voor thuisopslag in combinatie met zonnepanelen zoals onder andere Tesla en BMW dat promoten.

Fuel cell voor lange inzetten

  • Lithium Ion lijkt niet een goed alternatief in lange aaneengesloten inzet. Het moment en de tijd hebben om de Lithium Ion batterij te laden is daar een bottleneck. Wisselbatterijen of fuel cell lijken voor die toepassingen een beter alternatief. Ook bij de zware heftrucks, ruwweg boven de 8 ton, is de verwachting dat, gezien de aard van de inzet van dit type trucks, het onvoldoende gelegenheid hebben om te kunnen laden een bottleneck kan zijn voor het gebruik van Lithium Ion. De fuel cell zou in die inzet wel eens beter kunnen passen, onder andere omdat je binnen een paar minuten een volle tank hebt. De ontwikkelingen met de fuel cell zitten in een stroomversnelling. Door de veelzijdigheid van fuel cell en waterstof in de hele keten van energievoorziening zou Lithium Ion in de nabije toekomst een minder grote rol kunnen spelen.

Samenvattend

Lithium Ion kan een voordeel bieden ten opzichte van loodzuur als:

  • Flexibiliteit belangrijk is.
  • Trucks wel altijd paraat moeten zijn maar niet volcontinu worden gebruikt.
  • Er veel inzeturen verwacht worden over de hele looptijd van contract of levensduur.
  • De ondersteunende batterij operatie op orde houden een issue is.
  • Vuil en besmettingsgevaar door accuzuur en vrij waterstofgas een rol spelen.

Factoren bij de afweging

Hoe vaker “ja”, hoe groter de kans dat Lithium Ion voordeel kan brengen

  • Het verbruik in kilowatts per truck in de huidige inzet ligt hoog / er wordt gewerkt met wisselbatterijen.
  • Een vereenvoudigde batterij operatie lost de issues op die er zijn rond de organisatie, wisselen, onderhoud enzovoorts van de huidige manier van werken met batterijen.
  • De beschikbare ruimte is te krap voor een fatsoenlijk batterijlaadstation / meer ruimte hebben voor de logistieke operatie is wenselijk.
  • Accuzuur, vuil en vrij waterstofgas vormen een potentieel gevaar voor de goederen in opslag. Schone batterijen zouden een verbetering zijn.
  • De huidige loodzuur batterijen hebben een korte levensduur door intensief gebruik, slecht gebruik, of mechanische belasting.

Minimale randvoorwaarden

Wie een batterijoperatie met Lithium Ion werkend wil krijgen, moet er in ieder geval voor zorgen dat:

  • Er voldoende gelegenheid is om tussendoor de batterij te laden.
  • Er genoeg tijd is om voldoende energie in te laden om te voldoen aan de energiebehoefte van de logistieke operatie.
  • De infrastructuur zoals capaciteit lichtnet, parkeerplek, pauzes, en dergelijke toereikend zijn voor het verwachte batterijlaadregime.

Auteur: Willem Stehouwer, energie expert material handling

Reageer op dit artikel