Ремонт и восстановление Ni-Cd аккумуляторов
Ремонт и восстановление Ni-Cd аккумуляторов
Работоспособность любых аккумуляторных батарей со временем начинает ухудшаться, и они приходят к полному состоянию разряда. Причем подзарядка на это состояние не влияет никаким образом. Они просто не могут принять заряд. При этом у батареи еще хватает ресурсов для последующей эксплуатации. Потому были разработаны способы восстановления Ni-Cd аккумуляторов.
На это направлена деятельность специализированных компаний. Большинство из отработанных элементов питания типа Li-Ion и Li-Polymer сохраняют работоспособность (подробности) после рециркуляционной процедуры. И при коммерческой целесообразности на это направляются промышленные усилия.
Как происходит промышленное восстановление аккумулятора:
- 1. тестирование на специальном оборудовании,
- 2. проверка ёмкости путём разрядки и зарядки в полном цикле с подключением измерителей,
- 3. при хороших показателях (выше 80%) АКБ отправляется в продажу в качестве батареи B-класса,
- 4. при менее высоких показателях — поставляется туда, где низкие требования к ёмкости (на условном «Aliexpress» встречаются в основном такие батареи).
Это выгодная схема для предпринимателей. В ряде случаев она доступна и простым пользователям, которые могут оживить аккумулятор телефона в домашних условиях.
Решена проблема утилизации литий-ионных аккумуляторов
У нас тут финская компания Fortum — очень важный игрок на рынке зарядки электромобилей. Их быстрые и медленные зарядки стоят повсюду.
Быстрая зарядка Фортум
Некоторое время назад финны из Fortum Recycling & Waste решили вложиться в переработку батарей. И вот сейчас компания получила патент на новый гидрометаллургический процесс, который позволяет извлекать из аккумуляторов наиболее ценные металлы.
Гидрометаллургия
Процесс, запатентованный Fortum, оптимизирован для промышленных аккумуляторов, то есть для электромобилей и «power banks». Fortum ожидает что до 80% литий-ионных аккумуляторов на рынке через десять лет будут автомобильные.
Напомню, гидрометаллургия включает выщелачивание ценных элементов из твердого материала и их последующее осаждение путем модификации химического состава фазы растворителя.
Сам процесс состоит из трех этапов. Сначала аккумулятор полностью разряжается, затем разбирается на более мелкие компоненты. Элементы корпуса (металл и пластик) перерабатываются обычным способом.
Сначала ячейки извлекаются из корпуса батареи
Сами ячейки измельчаются на мелкие кусочки специальной машиной, разработанной Fortum и оптимизированной для использования с батареями, так что они готовы к третьему и заключительному этапу обработки так называемой «черной массы». Чтобы извлечь отдельные металлы и минералы отдельно друг от друга, чёрную массу пропускают через запатентованный гидрометаллургический процесс, который позволяет извлекать кобальт, никель, марганец и литий. Полученные элементы затем продаются производителям аккумуляторов.
Особенность и «секрет» всего процесса как раз и заключается в этом третьем этапе. Поскольку этот процесс является гидрометаллургическим и не основан на традиционном переплаве металлов, он не требует очень высоких температур и, следовательно, менее интенсивен по CO2. Гидрометаллургия позволяет извлечь также графит и литий, которые обычно теряются в термически-металлургическом процессах.
Сложности
Сегодня очень сложно найти надежные и точные цифры по переработке литий-ионных аккумуляторов. В нескольких статьях и исследовательских статьях упоминается, что глобальный уровень утилизации составляет от 2 до 7%. Однако это оспаривается другими источниками, которые вместо этого заявляют, что около 50% батарей сегодня перерабатываются — в основном в Азии. Эта цифра, кстати, вызывает большое сомнение. В большинстве стран проблема просто экспортируется, потому что сегодня возможности вторичной переработки очень ограничены и технологий готовых нет.
Гидрометаллургические процессы очень интересны, но у них есть две проблемы:
— часто требуется сортировка аккумуляторных отходов по однородным фракциям. Это дорогой процесс, и стоимость переработки получается выше, чем прибыль от неё;
— в результате гидрометаллургических процессов образуются химические отходы, от которых необходимо избавляться.
Процесс не дешёвый, и часто производителям аккумуляторов дешевле купить новые материалы. Но у перерабатывающих компаний есть два источника доходов: утилизация батарей как таковая плюс продажа материалов.
Фортум утверждает, что в идеале может переработать 95% активных металлов из черной массы батареи. Сейчас в общей сложности они перерабатывают около 80% от всех материалов в батарее, включая пластик и металл из корпуса, и продолжают искать способы улучшения.
Сложный продукт для вторичной переработки
Литий-ионные батареи представляют собой сложные изделия как для проектирования, так и для производства, поскольку они должны быть безопасными в использовании и иметь длительный жизненный цикл. Поэтому их также сложно переработать. Разборка батареи может вызвать поражение электрическим током, а сами ячейки содержат токсичные материалы. В то же время существует большой спрос на эти материалы, но процесс должен быть эффективным и с минимальными отходами. Поэтому для утилизации и переработки литий-ионных батарей требуются высокие стандарты безопасности. Было довольно много случаев возгорания небольших литий-ионных ячеек, потому что они не так прочны, как ячейки большего размера. Большие ячейки в основном опасны высоким напряжением и токсичными материалами.
Кроме того, играет роль и тот факт, что выбросы CO2 от производства электромобилей стали важным фактором конкуренции — и здесь вторичная переработка является важным методом уменьшения выбросов. Следовательно, потенциальная технология рециркуляции должна быть не только безопасной и эффективной — она также должна иметь как можно более низкий эффект CO₂. Это также одна из причин, почему азиатские страны опережают Европу в переработке литий-ионных аккумуляторов: поскольку к процессу переработки предъявляется меньше требований, он требует меньших вложений и, следовательно, его быстрее начать. При этом азиатский рынок электромобилей еще и более зрелый, чем европейский.
Пока проблема переработки не стоит остро. Новые автомобильные аккумуляторы довольно долговечны (10-15 лет), и, вероятно, пройдет много времени, прежде чем возникнет серьезная проблема с их переработкой. Кроме того, аккумуляторы могут быть повторно использованы в различных накопителях энергии ещё в течении 10 лет после конца их службы в электромобилях.
Часть 2
Есть еще несколько рекомендаций, которые помогут вам продлить жизнь литий-ионных аккумуляторов.
1. Как было уже сказано выше, всегда старайтесь сразу поставить на зарядку аккумулятор, если он разряжен полностью или почти полностью. Попутно избегайте циклов глубокой разрядки-зарядки. Данная таблица покажет, какое количество циклов заряда-разряда последует до потери 50% емкости в зависимости от глубины разряда аккумулятора:
2. Не заряжайте аккумуляторы при отрицательных температурах. Они будут терять емкость.
3. Не храните аккумуляторы при температуре выше 30 градусов. Эта табличка показывает, насколько снизится емкость в зависимости от температуры хранения и степени заряженности аккумулятора:
4. Если аккумулятору предстоит долгое хранение, не заряжайте его полностью. Оптимальным будет уровень заряда в 35-50%.
Восстановление LiIon аккумуляторов ноутбуков с помощью IMax B6
Внимание. Данный способ далеко не всегда срабатывает и подходит далеко не для всех АКБ, но имеет право на существование. Опять же оговорюсь, способ описывает как «толкнуть» батарею ноутбука, которая ушла в защиту из-за сильного разряда. Пробовал этот способ на старых «ацерах» «фуджиках» и «самсунгах», то часто срабатывало, на «HP» нет. Потребуется вскрыть пациента как можно аккуратнее, что бы ничего не повредить и потом можно было всё собрать назад. После вскрытия промерять напряжение на всех банках или парах (в зависимости от конструкции). Если напряжение на всех банках или парах примерно одинаковое плюс-минус 0,2 вольта, можно смело на всю сборку подать маленький ток в режиме заряда NiMH пока вольтаж на всей сборке не вырастет до минимально допустимого для заряда LiIon и перейдя в этот режим зарядить еще на пару десятков процентов, что бы контроллер АКБ ноутбука гарантировано «разрешил» штатную зарядку. Затем подключаем к ноутбуку и радуемся ожившей батарейке (если повезет). Многие контроллеры аккумуляторных батарей ноутбуков после ухода в защиту необходимо прошивать программатором, но это совсем другая история.
Насколько уменьшится емкость li-ion аккумуляторов после нескольких лет хранения
Очень часто происходят дискуссии о том, насколько сильно влияет долгое хранение li-ion аккумуляторов на их рабочие характеристики. Снижается ли после долго хранения емкость аккумуляторов? А если снижается, то насколько? Можно ли использовать аккумуляторы, которые лежали без дела несколько лет?
Попробуем в этом разобраться. Выражаем благодарность компании KeepPower-Украина за предоставление li-ion аккумуляторов формата 18650, которые несколько лет находились у них на хранении. Было получено шесть разных аккумуляторов со сроками хранения от 3 до 6,5 лет:
- Panasonic NCR18650G
- Panasonic NCR18650BM
- Panasonic NCR18650A
- Samsung ICR18650-22F
- Sanyo UR18650FM
- Sanyo UR18650ZTA
Методика тестирования
В начале было измерено напряжение и внутреннее сопротивление всех аккумуляторов, чтобы произвести первоначальную оценку их состояния после хранения. После этого все аккумуляторы были несколько раз прогнаны циклами заряд/разряд, чтобы избавиться от возможных последствий долгого хранения. Так сказать — привели аккумуляторы в чувство после долгой спячки.
Тестирование проводилось разрядом токами 0,5 и 3 Ампера с замером емкости. После тестирования снова было проведено измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов, чтобы зафиксировать возможное его изменение.
Тестирование в режиме разряда постоянным током проводилось прибором Rigol DL3021, измерение внутреннего сопротивления — прибором YR-1030.
Panasonic NCR18650BM
Первоначальное напряжение на аккумуляторе — 3,56 Вольт, внутреннее сопротивление — 22,2 мОм.
- Возраст аккумулятора — 3 года
- Минимальная емкость — 3030mAh
- Максимальное напряжение — 4,2 Вольт
- Минимальное напряжение — 2,5 Вольт
Внутреннее сопротивление после тестирования -20,6 мОм.
Panasonic NCR18650A
Первоначальное напряжение на аккумуляторе — 3,61 Вольт, внутреннее сопротивление — 32,7 мОм.
- Возраст аккумулятора — 4 года
- Минимальная емкость — 2950mAh
- Максимальное напряжение — 4,2 Вольт
- Минимальное напряжение — 2,5 Вольт
Внутреннее сопротивление после тестирования — 33,1 мОм.
Samsung ICR18650-22F
Первоначальное напряжение на аккумуляторе — 3,67 Вольт, внутреннее сопротивление — 45,9 мОм.
- Возраст аккумулятора — 4 года
- Минимальная емкость — 2150mAh
- Максимальное напряжение — 4,2 Вольт
- Минимальное напряжение — 2,5 Вольт
Внутреннее сопротивление после тестирования — 46,7 мОм.
Sanyo UR18650FM
Первоначальное напряжение на аккумуляторе — 3,79 Вольт, внутреннее сопротивление — 42,8 мОм.
- Возраст аккумулятора — 4 года
- Минимальная емкость — 2500mAh
- Максимальное напряжение — 4,2 Вольт
- Минимальное напряжение — 2,5 Вольт
Внутреннее сопротивление после тестирования — 42,5 мОм.
Sanyo UR18650ZTA
Первоначальное напряжение на аккумуляторе — 3,80 Вольт, внутреннее сопротивление — 42,2 мОм.
- Возраст аккумулятора — 6 лет
- Минимальная емкость — 2900mAh
- Максимальное напряжение — 4,35 Вольт
- Минимальное напряжение — 2,75 Вольт
Внутреннее сопротивление после тестирования — 42,2 мОм.
Первоначальное напряжение на аккумуляторе — 4,11 Вольт, внутреннее сопротивление — 35,9мОм.
- Возраст аккумулятора — 6 лет
- Минимальная емкость — 3450mAh
- Максимальное напряжение — 4,2 Вольт
- Минимальное напряжение — 2,5 Вольт
Внутреннее сопротивление после тестирования — 36,8 мОм.
Кто повнимательнее, тот заметил, что похоже этот аккумулятор был когда-то заряжен до 4,2 Вольт, т.к. перед тестированием его напряжение было 4,11 Вольт. Мы тоже на это обратили внимание и обратились к лицу, от которого получили эти аккумуляторы на тесты. С его слов этот аккумулятор скорее всего был заряжен примерно в 2014 году и после этого лежал в коробке. Если это так, то это очень хороший показатель по саморазряду. Саморазряд очень-очень низкий.
Анализ результатов
На диаграмме представлено сравнение измеренной емкости аккумуляторов при разряде токами 0,5 и 3 Ампера с минимальной емкостью, указанной в datasheet производителя. Как можно увидеть — емкость части аккумуляторов превышает минимально-гарантированную, емкость нескольких аккумуляторов немного ниже минимально-гарантированной.
Для удобства восприятия на диаграмме ниже показано, какая емкость в процентах от минимально-гарантированной была зафиксирована при разряде током 0,5 Ампера.
По результатам тестирования видно, что после нескольких лет хранения, конечно, li-ion аккумуляторы немного теряют в емкости, но снижение емкости оказалось совсем небольшим. Внутреннее сопротивление аккумуляторов также находится в пределах нормы и сильно не изменилось. Усиления саморазряда (снижение напряжения на заряженном аккумуляторе со временем) также отмечено не было.
Таким образом, можно сделать вывод, что к ухудшению характеристик (уменьшение емкости, увеличение саморазряда и внутреннего сопротивления) приводит не долговременно хранение, а работа аккумуляторов в циклах разряд/заряд.
Популярные Статьи
Маркировка аккумуляторов 18650
Маркировка аккумуляторов формата 18650 разных производителей очень похожа. Например, Samsung выпускает аккумуляторы INR18650-25R, INR18650-30Q, INR18650-35E. Что же скрывается за этими буквами и цифра..
Выбор li-ion аккумулятора 18650 для шуруповерта
В интернете очень много статей и видео на тему — какие же li-ion аккумуляторы формата 18650 подходят для переделки шуруповерта на li-ion. Информация очень противоречивая, а местами даже не совсем верн..
Sony VTC6 — как отличить подделку
Li-ion аккумуляторы Sony серии VTC (VTC4/VTC5/VTC6), наверное, самые популярные аккумуляторы среди высокотоковых моделей. Их популярность привела к тому, что данные аккумуляторы подделывают очень част..
Samsung INR18650-25R — как отличить подделку
Как отличить оригинальный аккумулятор Samsung INR18650-25R от подделки? В данной статье сравнение будет проводиться с самым распространенным видом подделки. Сравнение проводится в первую очередь..
Особый случай.
Внимание! Производители не гарантируют нормальную работу аккумуляторов при зарядных токах превышающих ток ускоренной зарядки I зар должен быть меньше емкости аккумулятора. Так для аккумуляторов емкостью 2500ма*час он должен быть ниже 2,5А.
Бывает, что NiMH элементы после разрядки имеют напряжение менее 1,1 В. В этом случае необходимо применить прием описанный в приведенной выше статье в журнале МИР ПК. Элемент или последовательная группа элементов подключается к источнику питания через автомобильную лампочку 21 Вт.
Еще раз обращаю Ваше внимание! У таких элементов обязательно надо проверить саморазряд! В большинстве случаев именно элементы с пониженным напряжением имеют повышенный саморазряд. Эти элементы проще выкинуть.
Зарядка предпочтительна индивидуальная для каждого элемента.
Для двух элементов напряжением 1,2 В зарядное напряжение не должно превышать 5-6В. При форсированной зарядке лампочка одновременно является индикатором. При снижении яркости лампочки можно проверить напряжение на NiMH элементе. Оно будет больше 1,1 В. Обычно, эта начальная, форсированная зарядка занимает от 1 до 10 минут.
Если NiMH элемент, при форсированной зарядке в течении нескольких минут не увеличивает напряжение, греется — это повод снять его с зарядки и отбраковать.
Рекомендую применять зарядные устройства только с возможностью тренировки (регенерации) элементов при перезарядке. Если нет таких, то через 5-6 рабочих циклов в аппаратуре, не дожидаясь полной потери емкости, производить их тренировку и отбраковывать элементы имеющие сильный саморазряд.
И они Вас не подведут.
В одном из форумов прокомментировали эту статью " написано тупо, но больше ничего нет ". Так Вот это не"тупо", а просто и доступно для выполнения на кухне каждому кто нуждается в помощи. Т.е. максимально просто. Продвинутые могут поставить контроллер, подключить компьютер, . , но это уже другая история.
Чтобы не казалось тупо
Существуют "умные" зарядники для NiMH элементов.
Такой зарядник работает с каждым аккумулятор отдельно.
- индивидуально работать с каждым аккумулятором в разных режимах,
- заряжать аккумуляторы в быстром и медленном режиме,
- индивидуальный ЖК дисплей для каздого аккумуляторного отсека,
- независимо заряжать каждый из аккумуляторов,
- заряжать от одного до четырех аккумуляторов разной емкости и типоразмера (АА или ААА),
- защищать аккумулятор от перегрева,
- защищать каждый аккумулятор от перезарядки,
- определение окончание зарядки по падению напряжения,
- определять неисправные аккумуляторы,
- предварительно разряжать аккумулятор до остаточного напряжения,
- восстанавливать старые аккумуляторы (тренировка заряд-разряд),
- проверять емкость аккумуляторов,
- отображать на ЖК дисплее: — ток заряда, напряжение, отражать текущую емкость.
Самое главное, ПОДЧЕРКИВАЮ , данного типа устройства позволяют работать индивидуально с каждым аккумулятором.
По отзывам пользователей такое зарядное устройство позволяет восстановить большинство запущенных аккумуляторов, а исправные эксплуатировать весь гарантированный срок эксплуатации.
К сожалению я таким зарядником не пользовался, поскольку в провинции его купить просто невозможно, но в форумах Вы можете найти много отзывов.
Главное не заряжайте на больших токах, не смотря на заявленный режим с токами 0,7 — 1А, это все же малогабаритное устройство и может рассеять мощность 2-5 Вт.
Заключение
Любое восстановление NiMh аккумуляторов строго индивидуальная (с каждым отдельным элементом) работа. С постоянным контролем и отбраковкой элементов не принимающих зарядку.
И лучше всего заниматься их восстановлением с помощью интеллектуальных зарядных устройств, которые позволяют индивидуально выполнять отбраковку и цикл заряд — разряд с каждым элементом. А поскольку таких устройств автоматически работающих с аккумуляторами любой емкости не существует, то они предназначены для элементов строго определенной емкости или должны иметь управляемые токи зарядки, разрядки!