Oplaadbare hoortoestelbatterijen: noodzaak – veiligheid lithium-ion – alternatief

Oplaadbare hoortoestelbatterijen van Z-power hebben een grote potentie

Oplaadbare batterijen zijn een steeds belangrijkere plaats gaan innemen in ons dagelijks leven. We zijn immers steeds meer gebruik gaan maken van draagbare producten, zoals mobiele telefoons, tablets, navigatiesystemen en laptops. Ook hoortoestellen kunnen tot de draagbare consumentenproducten worden gerekend en hun functie beperkt zich inmiddels niet meer tot alleen het compenseren van het gehoorverlies. Het zijn niet alleen kleine minicomputertjes die de omgeving permanent in de gaten houden en zich daaraan aanpassen, ook worden ze steeds vaker gebruikt als draadloze headset om te telefoneren maar ook om draadloos te genieten van muziek en spraak van de tv en hifi. Oplaadbare hoortoestelbatterijen bestaan al langere tijd, maar sinds kort worden ook Lithium-Ion batterijen toegepast in hoortoestellen. Net op het moment dat deze techniek in hoortoestellen is geïntroduceerd, zijn Lithium-Ion batterijen negatief in het nieuws door ontploffende mobiele telefoons van Samsung en wordt er door deskundigen op de gevaren van deze kleine brandbare bommetjes gewezen.
Wat zijn de voor en nadelen van Lithium-ion batterijen? Zijn ze in hoortoestellen gevaarlijk? En welke alternatieven zijn er?
De zink-zilver batterijen van Z-power batterijen blijken innovatief en een grote potentie in zich te hebben om in de nabije toekomst een goed alternatief te zijn voor Lithium-Ion.

Wegwerpbare zink-lucht batterijen: grootste energiedichtheid

Tot op heden werkten hoortoestellen vooral op zink-lucht wegwerp batterijen die zeer regelmatig vervangen moeten worden. Zeker voor ouderen waarbij de fijnmotoriek verminderd is, kan dat als onprettig gepruts ervaren worden. Daarnaast worden deze kleine knoopcellen met grote regelmaat ingeslikt veelal door kinderen, maar ook door ouderen die ze aanzien voor pillen.
Zink-lucht batterijen hebben ten opzichte van andere batterijen de grootste energiedichtheid. Dat betekent dat ondanks het kleine formaat er veel energie geleverd kan worden door de batterij. Dit voordeel is te verklaren uit het feit dat ze alleen het actieve materiaal zink bevatten. De lucht die nodig is, wordt betrokken uit de omgeving. Ongebruikte zink-lucht batterijen hebben daarom altijd een stickertje op de batterij die een gaatje afdekt. Hiermee wordt voorkomen dat nog voordat de batterij gebruik wordt deze al in contact komt met lucht en zo zijn capaciteit verliest. Doordat de luchtstroom door het gaatje beperkt is, kunnen zink-lucht batterijen alleen een laag stroomniveau leveren. Het functioneren van de batterijen wordt ook beïnvloed door omgevingsfactoren zoals temperatuur en luchtvochtigheid.    

Nikkel-Metaal Hybride oplaadbare hoortoestelbatterijen

De afgelopen jaren waren er reeds hoortoestellen met oplaadbare batterijen op de markt. Deze oplaadbare hoortoestelbatterijen werkten op basis van Nikkel-Metaal. Deze Nikkel-Metaal Hybride accu’s (NiMH-accu’s) hadden onvoldoende energie om het hoortoestel de hele dag te voorzien van stroom.

Energievraag van hoortoestellen toegenomen

De energievraag van hoortoestellen is de afgelopen jaren steeds verder toegenomen. Aan de ene kant door steeds geavanceerdere technieken en aan de andere kant door de draadloze verbinding met telefoons en andere apparatuur. Ook de draadloze microfoons en tafelmicrofoons die onder de zogeheten solo-apparatuur vallen, belasten de hoortoestelbatterijen extra.
Bij het streamen van het audiosignaal wordt spraak of muziek vanaf de telefoon, de tv of hifi apparatuur of van een draadloze microfoons naar de hoortoestellen gestuurd. Dit gebeurt óf direct via Bluetooth, óf door middel van tussenkomst van een streamer die via Near Field Magnetic Induction (NFMI) op zijn beurt weer in contact staat met de hoortoestellen. Streamers dienen dan als tussenstation tussen de mobiele telefoon, audioapparatuur, tv en hoortoestellen. Streamers worden toegepast omdat ze een grotere accu hebben en daardoor langere tijd radio- en bluetoothsignalen kunnen ontvangen. De NFMI techniek die zorgt voor de communicatie met de hoortoestellen verbruikt veel minder stroom en belast de batterij van de hoortoestellen minder dan directe communicatie via bluetooth. Wel dient een streamer zich dicht in de buurt van het hoortoestel te bevinden. Ook de batterij daarvan kan bij veel bellen of streamen van audio gedurende de dag leeg raken.
Vandaag de dag zijn er steeds meer hoortoestellen in staat direct met een iPhone te communiceren. Dit wordt aangeduid met ‘Made for Iphone’. De communicatie tussen de telefoon en de hoortoestellen verloopt dan via Bluetooth. Wanneer gebruik wordt gemaakt van soloapparatuur wordt meestal via een radiosignaal de audio overgestuurd (bijvoorbeeld via FM of 2.4 gHz). Ook voor deze communicatie is er meer capaciteit in de hoortoestelbatterijen nodig. Deze techniek verbruikt overigens meer energie dan de reeds jaren bestaande overdrachtsmethode die plaatsvindt via een ringleiding. Ringleidinginstallaties zijn te vinden in theaters, concertzalen, bioscopen en kerken, maar worden ook vaak in huis gebruikt.

Bij een ringleidingsysteem wordt het geluidssignaal van de tv, radio of het signaal afkomstig van de microfoons van sprekers of musici in de kerk, schouwburg of concertzaal wordt aangesloten op een ringleidingversterker. De ringleidingversterker stuurt het signaal op zijn beurt in de vorm van stroom door de inductielus (ook wel ringleidinglus genaamd). Zo ontstaat er binnen de lus een magnetisch veld. De draad die de inductielus vormt wordt in de plint of op grond aangebracht. Door middel van zogeheten inductie ontvangt het hoortoestel of de bijbehorende streamer het signaal uit de ringleiding. Het magnetische veld wordt met de luisterspoel in het gehoorapparaat (of streamer) opgevangen en vertaald in hoorbaar geluid. Het gebruik van ringleiding belast de hoortoestelbatterijen minimaal.

Lithium-ion oplaadbare hoortoestelbatterijen

De afgelopen jaren zijn de hoortoestellen steeds eleganter en kleiner geworden. Veel van deze modieuze kleine hoortoestellen maken gebruik van een relatief kleine 312 batterij. Aan de ene kant zijn de hoortoestellen en daarmee de batterijen kleiner geworden aan de andere kant is de energiebehoefte groter geworden. Er is dus behoefte aan batterijen die meer capaciteit hebben of oplaadbaar zijn en daarbij ook voldoende capaciteit hebben om een hele dag mee te kunnen functioneren. Telefoneren en het luisteren naar de tv en muziek behoort daar ook bij.
Op dit moment zijn er geen hoortoestelbatterijen beschikbaar met een hogere energiedichtheid dan de zink-lucht hoortoestelbatterijen. Alleen de batterijen groter maken zou een optie zijn, maar dat gaat weer tegen de wens in van een klein cosmetisch aantrekkelijk hoortoestel. De andere optie is gebruik maken van oplaadbare hoortoestelbatterijen. Zoals aangegeven waren hoortoestelbatterijen met Nikkel Metaal niet in staat om het hoortoestel te voorzien van voldoende energie om de hele dag mee te kunnen. Daardoor is de toepassing van deze NiMH batterijen nooit een groot succes geworden.
Een ander, niet oplaadbaar, alternatief zijn de wegwerpbare zilver-zink batterijen. De capaciteit daarvan is kleiner dan van zink-lucht batterijen en ze zijn duurder. Ook deze batterijen vormen daardoor geen goed alternatief.
Ondanks dat oplaadbare Lithium-Ion batterijen sinds de jaren negentig reeds in consumenten elektronica terug te vinden zijn, was deze techniek tot in 2016 niet terug te vinden in hoortoestellen. Dit had te maken met een relatief lage energiedichtheid, veiligheidsissues en het hoge voltage. Lithium-Ion batterijen geven namelijk 3.7 volt af waardoor de dit voltage geconverteerd moet worden naar de lagere spanning waarop hoortoestellen werken (~1.2 V). De electronica die daarvoor nodig is, neemt weer ruimte in beslag.  Dit geldt ook voor de componenten die het opladen controleren en de afscherming die nodig is om de batterijen veilig te laten functioneren. Lithium-Ion batterijen zijn daarnaast in hele beperkte mate recyclebaar voor toepassing in nieuwe batterijen. Wel wordt het restmateriaal voor andere materialen zoals de bouw gebruikt. De winning van Lithium zelf blijft overigens een erg milieu onvriendelijk proces waarbij relatief veel schade wordt veroorzaakt.
Door het relatief hoge voltage zijn Lithium-ion batterijen gevaarlijk bij inslikken. De kans daarop is bij kleine knoopcellen natuurlijk groter.
Daarnaast kent een ieder die een mobiele telefoon of smartphone heeft, het verschijnsel dat de batterijcapaciteit afneemt. Dat doet zich met alle lithium-ion batterijen voor. Een voordeel van lithium-ion batterijen is dat ze een flink aantal keren opnieuw opgeladen kunnen worden: 2500 laadcycli is haalbaar.

Lithium-Ion batterijen in twee nieuwe hoortoestellen

De afgelopen maanden zijn twee fabrikanten met hoortoestellen op de markt gekomen met oplaadbare hoortoestelbatterijen die gebruik maken van Lithium-Ion (Phonak en Sivantos). De fabrikanten hebben een aantal obstakels weten te overbruggen. De Lithium-Ion batterijen die worden gebruikt zijn goed afgeschermd. Om inslikken door bijvoorbeeld kinderen of beschadiging te voorkomen zijn de batterijen niet uit het hoortoestel te halen. Hiermee zijn de meeste risico’s van het gebruik van lithium-ion batterijen in hoortoestellen uitgesloten. Hoortoestellen hebben door hun plaatsing achter het oor ook niet te lijden onder grote druk en zullen daarom niet snel beschadigd raken. Met mobiele telefoons zal dit sneller kunnen gebeuren doordat er vaak grote druk op komt te staan door het dragen in bijvoorbeeld de broekzak. Natuurlijk moeten de toestellen alsnog wel technisch goed geconstrueerd zijn. Het hogere voltage van de lithium-ion batterij heeft namelijk als nadeel ten opzichte van zink-lucht batterijen dat het risico op corrosie groter is. De fabrikanten hebben de nieuwe hoortoestelbatterijen dan ook goed afgeschermd. Zo zit de cel zelf bij Sivantos in een metalen omhulsel die op zijn beurt weer geplaatst is in een silicone-rubber laag die voorzien is van een nanocoating. Deze toegepast afscherming voorkomt ook het risico van het zogeheten ‘gassing’ van Lithium-Ion batterijen. Bij lithium-ion batterijen kan de de temperatuur flink oplopen (> 100 graden Celsius). Om deze reden worden hoortoestellen met deze batterijen uitgerust met een temperatuurregelaar. Als tijdens het laden de temperatuur te hoog oploopt wordt het laden stop gezet. Als de temperatuur weer laag genoeg is, wordt het laden hervat. De batterijen hebben een korte laadduur. Binnen een uur of drie is de batterij weer volledig opgeladen. Uit veiligheidsoverwegingen is een niet uitneembare batterij erg verstandig. Toch kan er ook een nadeel aan zitten. Ondanks dat volgens de fabrikanten de batterij, nadat deze goed is opgeladen, de hele dag meekan en er ook volop mee gestreamd kan worden, kan het altijd gebeuren dat de batterij op een ongelukkig moment op is. Even een vervangende batterij plaatsen kan dan niet.
De verwachting is dat de geplaatste Lithium-Ion batterijen vier jaar meegaan. Na die tijd moeten de hoortoestellen naar de fabrikant worden gestuurd om de batterij te laten vervangen. Het niet uitneembaar maken van de batterij maakt het risico op inslikken door kinderen en volwassenen zo goed als onmogelijk. Wel dient rekening gehouden te worden dat het nogal eens voorkomt dat huisdieren op hoortoestellen bijten en soms inslikken. Dat kan met Lithium-Ion batterijen zeer grote risico’s met zich meenemen en dodelijke gevolgen hebben.
De gebruikte Lithium-Ion batterijen zijn op dit moment nog wel vrij groot (formaat type 13). Dit heeft te maken met de lage energiedichtheid. Of dit in de toekomst de batterijen kleiner kunnen worden gemaakt zodat ze ook toepasbaar zijn in de hele kleine achter-het-oor toestellen die nu werken op 312 batterijen is niet waarschijnlijk. Daarnaast is er ook extra ruimte nodig in de hoortoestellen om de controlerende (temperatuur) en regelende componenten (terugbrengen voltage) kwijt te kunnen.         

Z-power oplaadbare hoortoestelbatterijen: batterijen met grote potentie

In Nederland zijn al een tijd lang oplaadbare hoortoestelbatterijen te verkrijgen van Z-power. Deze hoortoestelbatterijen bestaan uit zilver en zink. Oplaadbare Zilver-Zink batterijen zijn eerder gebruikt in de lucht- en ruimtevaart.  

Deze batterijen hebben een flink aantal voordelen ten opzichte van Lithium-Ion. Zo hebben ze een grotere energiedichtheid waardoor ze ook onder te brengen zijn in zeer kleine formaten. De batterijen zijn dan ook leverbaar in alle gangbare formaten hoortoestelbatterijen (10, 312, 13 en 675). Daarnaast kennen ze niet de ontvlambaarheid die lithium-ion batterijen wél kennen.
De Z-power zink-zilver batterijen kunnen tussen de 18 en 36 uur per dag meegaan en ook de laadtijd is kort: in minder dan 6 uur zijn de batterijen opgeladen. De batterijen verliezen daarnaast niet zoals lithium-ion batterijen aan capaciteit. Door het lagere voltage (1.85 V) is er minder kans op corrosie dan bij lithium-ion batterijen en het risico op het zogeheten ‘gassing’ en oververhitting kan zich bij deze batterijen niet voordoen. Ook zijn zink-zilver batterijen beter te recyclen: 95% van de zilver-zink batterijen zijn weer te recyclen tot nieuwe batterijen van dit soort. De zilver-zink batterijen hebben overigens wel minder laadycli (rond de 400), waardoor de batterij wel ieder jaar vervangen moet worden. Het hoortoestel hoeft daarvoor niet teruggestuurd te worden naar de fabrikant. Ook wanneer de batterij plots leeg blijkt te zijn kan er gewoon een vervangende batterij in het hoortoestel worden geplaatst.
De Z-power zink-zilver lijken dus een zeer interessante innovatie te zijn. De nieuwe batterijtechnologie van Z-power wordt echter nog niet door de hoortoestelfabrikanten massaal omarmd.
Ondertussen heeft Z-power zelf voor de meeste grote merken hoortoestellen speciale batterijlades ontwikkeld waardoor de oplaadbare Z-power batterijen daarin zijn te gebruiken.
De meeste hoortoestelfabrikanten geven echter bij navraag aan dat bij gebruik van de aangepaste Z-power batterijlade en oplaadbare batterijen de garantie op het hoortoestel komt te vervallen.
KIND de importeur van Z-power batterijen in Nederland  geeft aan dat Z-power de garantieverplichting overneemt als er schade aan de hoortoestellen ontstaat door gebruik van hun oplaadbare batterijen.
Waarom de hoortoestelfabrikanten de nieuwe techniek van Z-power niet massaal omarmen wordt bij navraag in Nederland niet duidelijk. Mogelijk willen fabrikanten niet afhankelijk zijn van één fabrikant. Z-power heeft namelijk een groot aantal patenten rusten op haar oplaadbare batterijen. Ondertussen gaan wel de geruchten dat een van de grotere merken met Z-power in zee gaat. Aangezien in één van de documenten van Z-power wordt vermeld dat de hoortoestellen van Starkey het voltage van 1,85 van de zilver-zink batterijen accepteren zou het goed kunnen dat het gaat om deze fabrikant. Als er één schaap over de dam is volgen er vast meer. 

Voor meer informatie: Z-power. Importeur: KIND Horen