Экологическое воздействие и вторая жизнь аккумуляторов

Экологические проблемы и утилизация

Свинцовые и кадмиевые аккумуляторы представляют наибольшую проблему для окружающей среды, настолько, что никель-кадмиевые аккумуляторы были запрещены в Европе. Прилагаются усилия для замены свинцовых аккумуляторов, но подходящей замены нет, как это было в случае замены никель-кадмиевых аккумуляторов на никель-металлогидридные. Впервые в список загрязнителей добавлены литий-ионные аккумуляторы. Этот химический элемент классифицировался как лишь слаботоксичный, но огромное количество литий-ионных аккумуляторов в потребительских товарах требует более тщательного контроля.

Аккумуляторы NiCd

Надежные никель-кадмиевые аккумуляторы для резервного питания и построения крупных энергетических систем

EBH10 / KHP10 1,2В 10Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый

Надежная работа при высоких разрядных токах. Устойчивость к перезаряду, глубокому разряду и ударам

Купить

SEBM20 / KMP20 1,2В 20Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый

Герметичный корпус с клапаном — обслуживание 1 раз в 3–5 лет. Надежная конструкция с сроком службы более 20 лет

Купить

EBM700 / KMP700 1,2В 700Ач – NiCd аккумулятор никель-кадмиевый

Серия аккумуляторов EBM/KMP оптимизирована для работы при разрядах от 30 минут до 2 часов, но может применяться и при более длительных нагрузках

Купить

Посмотреть больше

Бизнес-модель "Второй жизни"

Вместо того чтобы выбрасывать аккумуляторы, находчивые предприниматели нашли бизнес-модель, чтобы дать использованным аккумуляторам вторую жизнь. Все началось с мобильных телефонов, где аккумуляторы заменяются при малейшей жалобе без предварительного тестирования. Установка нового аккумулятора может не решить мнимую проблему, и коробки под прилавком заполняются выброшенными аккумуляторами. Поставщики мобильных телефонов узнали, что 90 процентов возвращенных гарантийных аккумуляторов можно легко обслужить и перепродать как аккумуляторы класса B.

В США, Великобритании и Израиле появились центры восстановления, которые закупают излишки аккумуляторов тоннами и проверяют их с помощью анализаторов аккумуляторов (Cadex) с функцией быстрого тестирования. Отчеты показывают, что клиенты, использующие обслуживаемые аккумуляторы B-класса, имеют идентичные показатели производительности, как и новые; увеличения количества возвратов не наблюдается.

Рисунок 1: Выброшенные батареи мобильных телефонов тестируются и перераспределяются.

Современные методы экспресс-тестирования позволяют быстро обслуживать поступающие батареи. Магазины также используют эти технологии как часть обслуживания клиентов.

Критическая роль в медицине

Хотя разряженная батарея мобильного телефона может вызвать лишь незначительные неудобства, батареи играют ключевую роль в медицинских устройствах. С ростом количества этих инструментов растет и беспокойство относительно батареи по мере ее старения. Ассоциация содействия развитию медицинского приборостроения (AAMI) оценила управление батареями как одну из 10 главных проблем для биомедицинских отделений больниц. Опрос FDA США показывает, что «до 50% проблем в больницах связаны с батареей».

Батарейка имеет относительно короткий срок службы и должна рассматриваться как любая другая обслуживаемая часть устройства, срок службы которого часто составляет 10 лет и дольше. Когда пользователей спрашивают: «При какой емкости вы заменяете батарею?», они смотрят в недоумении и закатывают глаза, но четких ответов не дают. Без стратегического плана управления батареи часто заменяют слишком рано или слишком поздно.

Недостатки замены по дате

Использованные медицинские батареи также предлагают возможность для восстановления. При отсутствии проактивной диагностики батарей, их часто заменяют путем нанесения даты независимо от их состояния. Некоторые батареи все еще находятся в хорошем состоянии после окончания срока службы. Производители устройств поддерживают эту программу, поскольку она перемещает запасы; однако эта модель увеличивает эксплуатационные расходы, добавляет ненужных ограничений по времени, связанных с истекающим изотопом в ядерной медицине.

Срок службы батарей в основном определяется использованием, а не временем. Нанесение даты не позволяет выявить батареи, которые преждевременно выходят из строя из-за интенсивного использования. Чтобы компенсировать ранние поломки, производители устройств требуют более строгой политики замены, и сейчас широко используется двухлетний временной промежуток.

Никелевые аккумуляторы обеспечивают около трех лет службы; литий-ионные – пять. Характеристики хранения также улучшились благодаря современным литиевым системам. Недостаточное использование во многих отраслях промышленности является распространенным явлением, и это приводит к выбрасыванию больших запасов хороших аккумуляторов.

Датировка производства не решила проблему с аккумуляторами, но поднимает новый вопрос. Утилизация непроверенных аккумуляторов увеличивает расходы и вредит окружающей среде. Доктор Имре Гюк, руководитель Программы исследований накопления энергии США в Министерстве энергетики США, говорит, что ежегодно примерно миллион пригодных для использования литий-ионных аккумуляторов отправляется на переработку, большинство из которых имеют емкость до 80%.

Аккумуляторы LiFePO4

Надежные литий-железо-фосфатные аккумуляторы для солнечных и резервных систем.

LiFePO4 Sacred Sun SCIFP1250 (12В, 50Ач)

Компактный аккумулятор с встроенным BMS для безопасной работы в солнечных и резервных системах.

Купить

 LiFePO4 Victron Lithium SuperPack 12.8В 100Аг

Современная литий-железо-фосфатная батарея (LiFePO4) со встроенным BMS и защитой от перегрузки

Купить

LiFePO4 Victron Smart Battery 12.8V/100Ah 

Высококачественный источник энергии с длительным сроком службы, высокой безопасностью и совместимостью с экосистемой Victron Energy

Купить

Посмотреть больше

GM и ABB уже используют аккумуляторные блоки Chevrolet Volt для хранения электроэнергии для использования в сети. Медицинский техник, работающий в большой больнице Мичигана, использует отработанные аккумуляторы от сердечных насосов пациентов, чтобы косить траву электрической газонокосилкой. Это делает зеленую энергию еще более экологичной.

Емкость — ключевой показатель

Ведущим показателем состояния аккумулятора является емкость, она определяет, сколько энергии может удерживать блок. Измеренная емкость также указывает на цену, которую может достичь восстановленный аккумулятор. От восьмидесяти до ста процентов считается хорошей; аккумуляторы для критических применений часто заменяют, когда емкость падает ниже 80 процентов. Это не означает, что аккумулятор больше нельзя использовать для менее требовательных применений, но он должен иметь емкость как минимум от 50 до 60 процентов, чтобы восстановление было оправданным. Ниже 50 процентов емкость может быстро падать во время использования и проявлять другие проблемы.

Емкость также играет важную роль при сочетании элементов и моноблоков в рамках сборки нового аккумуляторного блока. Чем ближе сочетание, тем лучше будет работать восстановленный аккумулятор и тем дольше будет срок службы. Аккумуляторы, разработанные для больших нагрузок и широких неблагоприятных диапазонов температур, обычно имеют разницу +/- 2,5 процента. Такой жесткий допуск может быть невозможным с восстановленными элементами и моноблоками.

Емкость литий-ионных аккумуляторов нельзя увеличить, когда она низкая, как это возможно с никелевыми аккумуляторами. Некоторые утверждают о небольшом увеличении емкости при использовании литий-ионных аккумуляторов после длительного хранения, но это увеличение является неофициальным. Литий-ионные аккумуляторы не имеют эффекта памяти, который можно вернуть назад.

Методы тестирования аккумуляторов

Индикатор готовности на зарядном устройстве не означает «готов к работе», он лишь показывает, что аккумулятор полностью заряжен. Изношенные аккумуляторы заряжаются быстрее, чем хорошие, и ошибочно выбираются как готовые к бою. Индикатор уровня заряда на аккумуляторе также не является ответом. Он всегда показывает 100% после каждого заряда, даже если емкость уменьшилась вдвое. Индикатор уровня заряда не может оценить емкость.

Появилось несколько методов быстрого тестирования аккумуляторов, но оценка емкости сложна, так как ни один прибор не может оценить состояние аккумулятора за одно измерение. Подобно тому, как врач осматривает пациента, или как метеоролог прогнозирует погоду, тестирование аккумулятора включает рассмотрение нескольких атрибутов, чтобы получить четкую оценку состояния на основе измеряемых симптомов. Считывание внутреннего сопротивления аккумулятора больше не дает надежной информации о его производительности. Современный литий-ионный аккумулятор улучшился и сохраняет низкое сопротивление при циклическом разряде и старении. Рисунок 2 иллюстрирует типичную зависимость как функцию количества циклов. Емкость предсказуемо падает с циклическим разрядом, а внутреннее сопротивление, как правило, остается низким.

Рисунок 2. Сопротивление современных литий-ионных аккумуляторов остается низким, в то время как емкость постепенно падает.

Cadex рекомендует сначала проверять, исправен ли аккумулятор. Большинство анализаторов Cadex имеют специальную программу, которую можно настроить для проведения короткого теста, чтобы проверить напряжение, внутреннее сопротивление и может ли аккумулятор принимать заряд и после этого разряжаться.

Чтобы протестировать неизвестный аккумулятор, пользователь вводит химический состав аккумулятора, напряжение и номинальный заряд в Ач. Тест начинается с короткого разряда, затем короткого заряда и повторного разряда для проверки способности удерживать заряд. Тест также включает проверку сопротивления аккумулятора, которая повторяется в конце каждого цикла. Пользователь может наблюдать за поведением аккумулятора на мониторе во время теста с помощью программного обеспечения PC-BatteryShop™ и прервать тест, если аккумулятор не реагирует нормально.

Аккумулятор считается исправным, если напряжение остается в пределах определенного диапазона. Выход за пределы допустимого диапазона означает неудачу. Типичное время теста составляет три минуты, состояние неудачи будет известно за секунды. Затем исправные аккумуляторы должны пройти полное обслуживание перед вводом аккумулятора в эксплуатацию, поскольку конечное значение емкости всегда должно быть известно. Полный цикл также калибрует «умные» аккумуляторы с помощью датчиков уровня топлива. Этот метод работает для литий-ионных, никелевых, а также глубокоцикловых свинцово-кислотных аккумуляторов.

Краткое содержание

Отработанные аккумуляторы все чаще восстанавливаются и получают новую жизнь, и на это есть веские причины. У аккумуляторов часто остается еще много ресурса после слишком преждевременного вывода из эксплуатации.

Переработчики аккумуляторов также осознают рост количества исправных аккумуляторов, которые выбрасываются из-за жесткой политики замены, такой как датирование срока службы. Когда дело доходит до здравоохранения, обороны и других критически важных операций, мало кто из работников будет задавать вопросы. Они выполняют предписанный порядок, не протестировав предварительно аккумулятор. Результатом являются высокие эксплуатационные расходы и нагрузка на окружающую среду.

Ожидается, что рынок восстановления аккумуляторов будет расти, поскольку все больше устройств оснащаются аккумуляторами. Одной из самых перспективных отраслей промышленности являются электромобили. Тестирование и повторная сборка аккумуляторов относительно просты, но ключом к успеху является определение аккумуляторов, которые еще имеют хороший срок службы, а затем проведение полного теста, который включает емкость, саморазряд, внутреннее сопротивление и напряжение. Быстрое тестирование может сработать для аккумуляторов мобильных телефонов, но не рекомендуется для больших аккумуляторов. Только полный цикл покажет полные характеристики аккумулятора, которые можно предоставить покупателю как доказательство его работоспособности.