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.

Читайте так же:

Как определить углеродистую сталь

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.

Читайте так же:

Замена ножей на рубанке интерскол

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

Читайте так же:

Вязание сети по кругу

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.

Читайте так же:

Как проверить динамометрический ключ самостоятельно

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.

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.

Читайте так же:

Инструмент для вальцевания тормозных трубок

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!

голоса

Рейтинг статьи

Ремонт и восстановление Ni-Cd аккумуляторов