Таблица содержание свинца в аккумуляторных батареях: Сколько свинца содержится в аккумуляторе: таблица сравнения

Сколько свинца содержится в аккумуляторе: таблица сравнения

Многие знают о том, что современные источники энергии имеют в своём составе свинец. В связи с этим организован приём отслуживших свой срок автомобильных батарей. Кто-то действительно несёт свою приказавшую долго жить АКБ на разбор. Другие же пытаются самостоятельно извлечь этот металл из содержимого устройства, надеясь таким образом получить большую выгоду.

Свинец относят к категории цветных металлов. Его стружку принято использовать в качестве добавки для красок и лаков. Примесь металла не только придаёт оригинальность их текстуре, но и обеспечивает повышенную устойчивость к негативному воздействию ультрафиолетовых лучей.

Кроме того, свинцовые соединения принадлежат к классу тяжёлых металлов. Заядлые рыбаки отлично знают, что самое лучшее грузило к рыболовным снастям можно изготовить исключительно из свинца.

А всем ли известно, сколько на самом деле свинца содержится в автомобильном аккумуляторе?

Состав аккумулятора

Представим себе стандартную батарею для автомобиля. Она состоит из корпуса, внутреннее пространство которого занимают электроды и электролит. Как определить долю каждой составляющей и от чего она зависит?

Содержание и вес свинца в аккумуляторных батареях

Сначала стоит заметить, что в чистом виде свинец содержится лишь в устройствах, изготовленных на основе AGM-технологий, но это отдельный разговор.

В классических свинцово-кислотных АКБ пластины электродов, как правило, состоят из оксида свинца или его сплавов с другими металлами. Конечно, сколько-то свинца в чистом виде присутствует и в самых востребованных аккумуляторах, но эта доля мала – не превышает 20 % от общей массы изделия.

Содержание составляющих компонентов автомобильной аккумуляторной батареи находится в следующей процентной зависимости от её общего веса:

1. Корпус, выполненный из устойчивого к воздействию химически активной серной кислоты полипропилена, – это максимум 10 %.
2. Электролит в виде раствора кислотного ингредиента и дистиллированной воды – не более 20 %.
3. Электроды, а это не что иное, как свинец и его соединения, – 60–70 %.

Как видим, именно металл преобладает в составе источника энергии. В связи с этим, даже по завершении срока службы он не утрачивает своей востребованности.

Сколько кг свинца в различных вариантах: таблица сравнения

Как определить, сколько кг свинца может содержаться в самом популярном для отечественных автомобилей аккумуляторе ёмкостью 55 Ампер-часов? Всё достаточно просто: средняя масса такого устройства примерно составляет 15 кг. Таким образом, чтобы найти массовую долю вещества, зная его процентное содержание, надо от общего веса оборудования взять 70 %, то есть:

15 х 0,7 = 10,5 кг

Это общая масса металла в батарее, включая его сплавы и оксиды. Количество же чистого металла в составе узнаем из выражения:

15 х 0,2 = 3 кг

Если же потребуется найти, сколько свинца поместится в аккумуляторе с маркировкой 60 А-ч, то можно смело воспользоваться приведённой выше зависимостью.

Не стоит забывать, что АКБ разной мощности обладают не одинаковым весом.

Итак, исходя из того, что весовой показатель 60-амперной батареи приблизительно равен 16,5 кг, находим массовую долю металлической составляющей:

16,5 х 0,7 = 11,55 кг

Сколько свинца может вместиться в аккумулятор на 190 А-ч? Выполняем расчёты по аналогии: вес столь мощной батареи достигает 50 кг, значит:

50 х 0,7 = 35 кг

Вот и вся арифметика.

Для наглядности сведём содержание свинца в аккумуляторных батареях наиболее востребованной ёмкости в таблицу.

Примечание: расчёты количества свинца в аккумуляторах, занесённых в таблицу, но не рассматриваемых ранее, выполнены в полном соответствии с установленной взаимозависимостью между общим весом батареи и процентным содержанием металла.

Понятно, что чем выше мощность электрохимического источника тока, тем больше его вес. Следовательно, можно сделать вывод, что вес свинца в различных аккумуляторных батареях будет отличаться, о чём свидетельствует приведённая выше таблица. И, опять же, чем больше весит АКБ, тем она полезней с точки зрения находящегося в ней металла.

Таким образом, зная, сколько кг чистого свинца содержится в аккумуляторе, ёмкость которого составляет 55, 60, 70 А-ч и др., несложно оценить выгоду от разборки данного устройства для сдачи в пункт приёма.

Сколько свинца в аккумуляторе | Таблица содержания свинца по маркам АКБ

От того, сколько свинца в аккумуляторе, зависит цена источника питания при продаже на лом. Зная точное количество металла, вы решите, как поступить с батареей: разобрать и сдать чистый цветной металл или отправить на переработку в собранном виде.

Содержание свинца в различных типах аккумуляторов

Приём б/у аккумуляторов включает анализ устройства на содержание металлов в составе. Количество цветмета зависит от ёмкости АКБ и представлено такими значениями:

• 55 А/ч. Всего – до 10,5 кг свинца. Извлечь без специального оборудования получится около 3-3,5 кг.
• 60 А/ч. Всего – 12 кг. Сколько свинца в АКБ доступного к самостоятельному извлечению? Только 3,4 кг чистого сплава.
• 75 А/ч. Всего – 15,5 кг. Для самостоятельного извлечения доступно 4,5 кг.
• 90 А/ч. Всего – 19 кг, из которых вы извлечёте 5,5 кг.
• 190 А/ч. Всего – 30 кг, количество добываемое вручную сплава – 8-9 кг.

Чаще встречаются источники питания на 55, 60 и 190 А/ч. Ёмкие модели выгоднее разбирать и сдавать на лом чистый металл.

Сколько электролита в аккумуляторе?

Сколько свинца в 1 аккумуляторе зависит от содержания электролита. Рабочее вещество занимает 20-25% от массы устройства. Точный объём жидкости связан с ёмкостью источника.

В батареях на 55 А/ч – 2,5 литра электролита. Для моделей на 60 А/ч используют на 0,2-0,5 литра больше. Чем выше ёмкость устройства, тем больше электролита требуется.

Вес составных частей аккумулятора

Когда проводится скупка аккумуляторов, важно не только сколько свинца в автомобильном аккумуляторе или устройствах другого типа. Важен вес всех элементов конструкции, так как некоторые из них тоже подходят для утилизации и могут принести доход.

Общее содержание неметаллических элементов, а также цветных металлов другого вида – 10-12% от массы устройства. Для установления точного веса понадобится разобрать источник питания и взвесить каждую пластину и другие составляющие. В обычном АКБ на 55 Ампер содержится 1,5-1,7 кг неметаллических элементов (то есть выполненных из ПВХ).

Зачем знать содержание свинца в аккумуляторе?

Компания К-2 занимается скупкой металлолома, в том числе источников питания для переработки и утилизации. Зная, сколько цветного металла в устройстве, вы заранее просчитаете стоимость батареи и выберите удобный вариант сотрудничества – с самостоятельным разбором и АКБ на цветмет или предоставив сортировку и прочие сложные работы нашим сотрудникам.

Аккумуляторы стартерные

Стационарные АКБ открытого типа

Стационарные АКБ закрытого типа

Вес свинца в аккумуляторных батареях таблица

Как известно, автомобильный аккумулятор содержит свинец. При этом многие автомобилисты, после того как источник электроэнергии в автомобиле выходит из строя, самостоятельно разбирают старый элемент питания как раз для того, чтобы добыть свинец. Для многих автолюбителей становится актуальным вопрос «Сколько свинца в аккумуляторе?».

Цель извлечения свинца из аккумулятора

Прежде чем начать повествование о способах извлечения свинца из аккумулятора, стоит определиться с тем, что можно дальше делать с извлеченным материалом. Во-первых, свинец достаточно высоко ценится в пунктах приема лома и цветных металлов, потому, сдав большое его количество, можно получить вполне приличную денежную сумму. Во-вторых, заядлые рыбаки из извлеченного металла плавят грузила, мотивируя свои действия тем, что не стоит платить за то, что и так имеется.

Некоторые даже добавляют стружку из свинца в краску для ее большей стойкости на окрашенной поверхности. Народные умельцы собирают новые аккумуляторные батареи, являющиеся своего рода альтернативным источником питания для определенных приборов и устройств.

Устройство автомобильного аккумулятора

Многие автолюбители уверены в том, что в конструкцию автомобильного аккумулятора входит чистый свинец, который и является причиной большого веса данного элемента питания. Однако это утверждение неверно.

На самом деле в аккумуляторе очень мало очищенного свинца, ориентировочно 15-20% от общей массы. Остальные 80-85% это оксиды (свинец «вперемешку» с другими элементами, а то и металлами). При этом нельзя забывать о том, что корпус из пластика также имеет свой вес. То же самое утверждение справедливо и для электролита (хорошо проводящей электричество жидкости), который используется в аккумуляторе.

Для того чтобы ответить на вопрос, сколько свинца в аккумуляторе, необходимо все составляющие аккумулятора разделить на компоненты и выразить их наличие в процентном соотношении.

Итак, в процентном соотношении состав в автомобильном аккумуляторе выглядит следующим образом:

• Свинец, а также оксиды и диоксиды: шестьдесят-семьдесят процентов от веса прибора.
• Электролит (наиболее часто в этом качестве используется раствор серной кислоты), от общей массы аккумуляторной батареи он занимает порядка двадцати процентов.
• Корпус из пластика, перегородки, и прочие элементы из ПВХ, порядка восьми – десяти процентов от общей массы аккумулятора.

Для большей наглядности в качестве примера стоит разобрать на компоненты 55-амперный аккумулятор. Он весит около пятнадцати килограмм. Металл занимает в таком аккумуляторе 10,5 килограмма, на пластик и ПВХ уходит полтора килограмма, остальное отдано электролиту – 3 килограмма.

Таким образом, с 55-амперного аккумулятора можно получить порядка 3-4 кг чистого свинца. Однако процесс переплавки достаточно непрост. Остаются открытыми темы, касающиеся фактического количества свинца после переплавки, а также разложения диоксидов на свинец и прочие компоненты. Поэтому вопрос, сколько свинца в аккумуляторе, по-прежнему остается открытым.

Сколько свинца в аккумуляторах различных «калибров»?

В нижеприведенной таблице дана масса аккумуляторов различной емкости. В верхней строке указана емкость аккумуляторов, во второй строке дано значение общего веса прибора для накопления энергии, в третьей строке можно отыскать долю свинца, которая находится в аккумуляторе в чистом виде, и его можно добыть. В четвертой колонке дана масса свинца вместе с оксидами и диоксидами.

Доля свинца вместе с соединениями

Доля свинца вместе с соединениями

Доля свинца вместе с соединениями

Доля свинца вместе с соединениями

Доля свинца вместе с соединениями

Исходя их данных, которые представлены в вышеизложенной таблице, можно сделать вывод о том, что далеко не вся масса аккумулятора является чистым свинцом, и его процентная доля от общей массы аккумулятора ничтожно мала.

Сколько свинца в аккумуляторе 55 А/ч?

В аккумуляторной батарее на 55 А/ч находится десять с половиной килограммов свинца вместе с оксидами и диоксидами. Очищенного же металла получится всего лишь около трех килограмм. При этом примерно полтора килограмма весят пластиковый корпус и перегородки из ПВХ.

Поскольку общий вес чистого металла достаточно низок, разборка и добыча свинца из данного аккумулятора нецелесообразна. Времени и сил будет затрачено гораздо больше, чем можно выручить денег. Поэтому лучше всего аккумулятор занести в пункт приема металлолома.

Удельный вес свинца в аккумуляторе 60 А/ч

Если с аккумулятором в 55 А/ч все понятно, то сколько свинца в аккумуляторе 60 А/ч, и выгодно ли его добывать? В автомобильном аккумуляторе на 60 А/ч находится примерно двенадцать килограмм свинца и его примесей.

Если же говорить о чистом свинце, то в таком аккумуляторе его не больше трех-четырех килограмм. При этом остальная масса складывается из веса корпуса: пластмассы и перегородок ПВХ. Разница в удельном весе не является колоссальной, поэтому вывод напрашивается сам собой.

Как разобрать старый аккумулятор?

Перед тем как начать описывать процесс разборки старого аккумулятора, стоит отметить, что разборными делались аккумуляторы в СССР. На советском приборе можно было осуществить замену одной либо нескольких банок, и вновь собрать устройство.

Аккумуляторы, которые выпускаются в настоящее время, не предполагают вмешательства извне. Производитель создает эти устройства с расчетом на то, что после истечения срока их эксплуатации автомобилист избавится от вышедшего из строя элемента питания и приобретет новый.

Потому прежде чем собираться разбирать аккумулятор, следует потренироваться на нерабочем экземпляре. Также важно добавить и то, что после разборки и сборки аккумулятора его эксплуатация становится весьма и весьма большим вопросом.

Для разборки устройства необходимо вооружиться перчатками из резины, защитными очками, лобзиком, предназначенным для резки металла, болгаркой, пассатижами, молотком, плоской отверткой, зубилом, паяльником повышенной мощности, дрелью, а также строительным феном.

Аккумуляторы в основном заправляются кислотой, которая разведена дистиллированной водой до определенной плотности. Электролит при взаимодействии с кожей человека вызывает сильные химические ожоги. Для того чтобы обезопаситься от пагубного воздействия электролита, его нужно слить. Делается это посредством просверливания отверстий на дне банки. Вентиляцию банок надо предварительно закрыть. А под просверленные отверстия ставится стеклянная тара, туда и будет сливаться электролит. Если аккумуляторная батарея не оснащена пробками, то отверстия следует делать со стороны, где должны располагаться пробки. Так электролит вытечет гораздо быстрее.

После того как электролит был слит, нужно промыть банки водой. Дальше болгаркой либо лобзиком, следуя по периметру аккумулятора, отпиливается крышка от аккумуляторного корпуса. Затем следует потянуть за крышку. Вполне возможно, вместе с отпиленным элементом удастся вытащить аккумуляторные пластины. При этом крышка достаточно легко сойдет с приводных клемм. Если этого не произойдет, то придется поработать зубилом и молотком и вручную извлечь пластины аккумулятора.

После осуществления вышеперечисленных действий можно получить доступ к «внутренностям» аккумуляторной батареи.

Самостоятельная плавка свинца

Бытует распространенное мнение, что свинец из аккумуляторной батареи легко плавится в домашних условиях на плите: газовой или же электрической. Да, действительно, это так.

Но при этом плавится доступный металл: клеммы, мостики и решетка. Для того чтобы добыть остальной свинец, необходимо достичь температуры 600-1000 градусов и при этом использовать особые химические реагенты. Тем не менее в оксидах и диоксидах также присутствует свинец. Отвечая на вопрос, сколько свинца в аккумуляторе 55 А/ч, стоит учитывать не только легкоплавкий металл. Следует брать во внимание и тот, который можно получить из оксидов и диоксидов, используя реагенты и высокие температуры.

Так что вопросы, сколько чистого свинца в аккумуляторе и сколько свинца в нем в целом, имеют несколько разные ответы: первый ответ будет касаться металла, который легко получить и в домашних условиях. Второй – всего свинца, который находится в автомобильном аккумуляторе.

Целесообразно ли разбирать аккумулятор?

Исходя из вышеизложенного стоит ответить, что гораздо прибыльнее и эффективнее сразу же сдать аккумулятор в пункт приема или на завод-производитель. Таким образом, можно получить и больше денег (в сравнении с той суммой, которую можно получить за «свинцовые крохи»), и сэкономить время и силы.

Как определить количество свинца в аккумуляторе?

Для того чтобы узнать, сколько свинца в аккумуляторе, следует учитывать вес электролита, корпуса, а также свинца вместе с примесями других металлов.

Также можно просто воспользоваться представленной таблицей. В целом показатели количества этого металла в аккумуляторах различных марок примерно одинаковые. Поэтому если вопрос, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, по-прежнему не дает покоя, можно попытаться вычислить его вес самостоятельно.

Порядок вычисления

Для того чтобы узнать, сколько свинца в аккумуляторе автомобиля, следует из общей массы устройства вычесть вес электролита, а также перекрытий и корпуса. Масса всех этих деталей является неизменной составляющей всех батарей, поэтому порядок вычисления во всех случаях будет неизменным. После этих манипуляций можно узнать, сколько килограмм свинца в аккумуляторе.

Для выявления точного количества чистого металла необходимо учитывать и тот факт, что часть свинца в аккумуляторе находится с примесями. К примеру, решая задачу относительно того, сколько свинца в аккумуляторе 55 А/ч, можно ответить, что 3 кг. Но 1,5 килограмма в таком аккумуляторе занимают перегородки и корпус, а три килограмма электролит.

Для ответа на выше поставленные вопросы необходимо знать процентное соотношение свинца в аккумуляторе.

Меры предосторожности при разборке старого аккумулятора

Как упоминалось ранее, аккумулятор содержит достаточно агрессивное для окружающей среды вещество – электролит. Потому при разборке аккумулятора необходимо проявить максимальные аккуратность и точность. Необходимо использовать защитные очки, а также перчатки из плотной резины. При возможности лучше использовать защитный халат, хотя бы на этапе, когда происходит слив электролита.

Заключение

Подводя итоги вышесказанному, стоит отметить, что нет никакой необходимости разбирать аккумулятор для извлечения свинца. Тем более для того, чтобы сдать этот ценный металл в пункт приема лома.

Все дело заключается в том, что подавляющий процент свинца в аккумуляторе находится в виде оксидов и диоксидов, для расщепления на примеси и чистый металл требуется особое оборудование, высокие температуры и химикаты. Потому гораздо целесообразнее сдать целиковый аккумулятор в пункт приема старых приборов или же на завод-производитель. Этот шаг принесет гораздо больше денег при гораздо меньшей временной затрате.

К тому же ответ на вопрос, сколько кг свинца в аккумуляторе, не решит всех остальных сложностей. Разборка аккумулятора – дело непростое и опасное. В батарее имеется электролит, который способен вызвать сильнейшие химические ожоги.

Для того чтобы высчитать количество свинца в аккумуляторной батарее, необходимо лишь знать общее процентное соотношение свинца в аккумуляторе, как чистого, так и с примесями.

Отслуживший автомобильный аккумулятор это источник чистого свинца, многие его сдают, другие пытаются разобрать и переплавить и тут возникает справедливый вопрос – а сколько этого металла в строении самой батареи ведь вес больших вариантов может достигать до 40 и более килограмм? Если смысл самому переплавлять и сдавать уже очищенный свинец? Предлагаю вам сегодня подумать …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Кстати многие вытаскивают свинец для своих нужд, например кто-то заядлый рыболов и ему нужно делать грузила или мормышки для своих снастей, а зачем покупать, если у вас есть старая батарея.

Другие собирают опять новые аккумуляторы, скажем для нужд альтернативной энергетики и т.д., если покапать то применение можно увидеть во многих сферах, даже в краску стружку добавляют.

Но нам интересен вес, для начала давайте подумаем, из чего же вообще состоит полная конструкция.

Состав аккумулятора

Если вы думаете что свинец в батарее очищенный и оттягивает на себя больший вес, то вы мягко сказать – ошибаетесь.

Его очень мало применяют в чистых вариантах, в аккумуляторах для авто примерно 15 – 20%, а остальное идет в виде «оксидов». Если сказать обычными словами – то это соединения с другими элементами, зачастую и с другими металлами.

Также нужно учитывать вес пластикового корпуса, а также вес электролита (специальной токопроводящей жидкости).

Если разбить по процентной составляющей формула выходит примерно такая

1) Свинец и его компоненты (оксиды и диоксиды) – порядка 60 – 70% от веса

2) Пластиковый корпус, перегородки и другие элементы ПВХ – 8 – 10%

3) Электролит (зачастую раствор серной кислоты) – 20%

Так что получается нормально — если брать вес обычного 55 Амперного варианта, а он составляет порядка 15 кг. То металла должно быть – 15Х0,7= 10,5 кг, ПВХ – 15Х0,1= 1,5 кг и соответственно, электролит – 15Х0,2 = 3 кг.

Вроде смысл есть, и переплавлять и использовать металл, но вот не все так просто! Сколько металла вы сможете получить при плавке, и разложатся ли диоксиды и прочие составляющие?

Плавим сами

Многие из нас привыкли плавить этот мягкий металл, на обычной плите у себя дома.

Некоторые мои друзья плавили на электрической плитке в гараже. Подойдет ли нам такая схема и сколько можно наплавить?

А вот не совсем!

В аккумуляторе чистого свинца, который легко поддается термической обработке (дом — гараж), всего – 15 – 20 %, это клеммы и «мостики», а также сама решетка, которая погружена в кислоту, а от нашей общей массы это всего – около 3 кг.

Остальной металл идет в качестве оксидов и диоксидов, что намного усложняет его добычу. Скажу так — нужно применять химические реактивы и более высокие температуры (от 600 градусов) чтобы разрушить это соединение! Поэтому многие из гаражных химиков списывают это на грязь или шлак, которого образуется примерно до 30 до 40 % от массы и просто его выкидывают, а это, кстати — около 5 килограмм.

Поэтому можно встретить в интернете много роликов что доля свинца в общей массе – мала, и не стоит его добывать таким способом. Особенно если вы планируете его, сдавать за деньги! Смотрим такой ролик.

В этом есть доля истины, но многие просто не могут его «готовить», то есть добывать, нет ни знаний, ни возможностей! Например — где вы найдете горелку с температурой в 600 – 1000 градусов, и сколько вам это будет стоить?

Самый легкий способ это сдавать неразобранную конструкцию в специальные пункты или на заводы изготовителя. Там есть и реактивы, и специально обученный персонал, да и плавильные печи присутствуют.

На этой ноте можно было бы заканчивать статью, однако я вам обещал разбивку по модификациям.

Сколько килограмм свинца в различных вариантах

Здесь я представлю несколько значений:

1) Общую массу с пластиком и кислотой.

2) Сколько можно добыть своими руками в гараже.

3) Сколько можно добыть на специальном оборудовании, на производстве.

55 А/ч

Общий вес – примерно 15 кг.

Чистый (можно добыть самому) – около 3 кг.

Общий в соединениях – 10,5 кг.

60 А/ч

Общий вес – примерно 17 кг.

Чистый – около 3,4 кг.

В соединениях – 11,9 кг.

75 А/ч

Общая масса – примерно 22 кг.

В соединениях – 15,4 кг.

90 А/ч

Масса около – 27 кг.

Очищенный – 5,4 кг.

190 А/ч

Масса около – 43 кг.

В соединениях – 30,1 кг.

Теперь точно буду заканчивать, мораль проста – если хотите заработать, то несите неразобранный корпус в пункт приема, меньше мороки и больше денег заработаете!

НА этом все, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

(22 голосов, средний: 4,59 из 5)

Похожие новости

Какой аккумулятор лучше обслуживаемый или необслуживаемый. Прави.

Электролит коричнево цвета в аккумуляторе. В одной или нескольки.

Литиевый аккумулятор для автомобиля. Есть ли такие на 12В, какие.

Зная, сколько свинца в аккумуляторе, вы определите, как поступить: сдать источник питания целиком или извлечь и продать чистый цветмет. Независимо от решения, «ПАК» гарантирует отличные условия.

Мы предлагаем выгодно сдать свинец у вас, чтобы не пришлось искать пункт скупки и тратить время на поездку. Взвешиваем и оцениваем металл в присутствии клиента. Вы знаете, что получили честное вознаграждение по оговоренной цене. Совершаем моментальную покупку. Не нужно приезжать в пункт приема завтра за деньгами – получайте доход сегодня. Если партия большая, мы рекомендуем заказать вывоз б/у аккумуляторов. Услуга включает выезд машины, взвешивание, оценку, погрузку в авто и доставку.

Содержание свинца в различных типах аккумуляторов

Необходимость разбирать АКБ вызвана желанием заработать больше денег. Неопытным сдатчикам кажется, что пластина в батареях весит много. Старый аккумулятор – это не источник свинца на 100%. Цветмет используется в сплавах. Присутствуют неметаллические элементы. Точно назвать, сколько свинца в одном аккумуляторе, может оценщик.

Состав АКБ в процентном соотношении:

• свинец, компоненты цветмета – до 70%;
• электролит занимает 20% от массы;
• пластиковый корпус, перегородка – до 10%.

Процентное соотношение указано приблизительно. Известно, что вес АКБ 6 ст-55 без электролита немногим больше 12 кг. Модель ст-60 имеет массу 13,2 кг. Старый аккумулятор 6 ст-190, сданный на лом, приносит отличный доход. Без электролита весит почти 50 килограмм.

Как получать максимальную прибыль?

• оставлять заявку онлайн или звонить менеджеру;
• уточнять актуальную цену вторсырья;
• учитывать количество электролита, ПВХ.

В процессе оценивания конкретной модели, специалист «ПАК» определяет, сколько свинца в АКБ и какое вознаграждение предложит за него. Например, батарея на 55 Ампер-часов содержит больше 10 кг цветмета. Его можно сплавить, чтобы использовать для рыбалки.

Сколько электролита в аккумуляторе?

Объем жидкости зависит от емкости источника питания. Для заправки аккумулятора на 55 А/ч необходимо взять 2,5 л электролита. Источнику питания на 60 А/ч потребуется на 0,2-0,5 л больше.

Приблизительное содержание другого цветмета и неметаллических элементов – до 10%. Чтобы определить точный вес, нужен разбор и взвешивание каждого элемента. Спрашивайте, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, и получайте честный доход. Принесите нам целую батарею, мы можем достать свинец сами. Осуществляем скупку свинца в любом виде и объеме партии, возможен бесплатный вывоз нашим транспортом.

Сколько свинца содержится в аккумуляторах различных типов? Таблица количества свинца в АКБ в кг |

Зная, сколько свинца в аккумуляторе, вы определите, как поступить: сдать источник питания целиком или извлечь и продать чистый цветмет.  Независимо от решения, «ПАК» гарантирует отличные условия.

Мы предлагаем выгодно сдать свинец у вас, чтобы не пришлось искать пункт скупки и тратить время на поездку. Взвешиваем и оцениваем металл в присутствии клиента. Вы знаете, что получили честное вознаграждение по оговоренной цене. Совершаем моментальную покупку. Не нужно приезжать в пункт приема завтра за деньгами – получайте доход сегодня. Если партия большая, мы рекомендуем заказать вывоз б/у аккумуляторов. Услуга включает выезд машины, взвешивание, оценку, погрузку в авто и доставку.

Содержание свинца в различных типах аккумуляторов

Необходимость разбирать АКБ вызвана желанием заработать больше денег. Неопытным сдатчикам кажется, что пластина в батареях весит много. Старый аккумулятор – это не источник свинца на 100%. Цветмет используется в сплавах. Присутствуют неметаллические элементы. Точно назвать, сколько свинца в одном аккумуляторе, может оценщик.

Состав АКБ в процентном соотношении:

• свинец, компоненты цветмета – до 70%;
• электролит занимает 20% от массы;
• пластиковый корпус, перегородка – до 10%.

Процентное соотношение указано приблизительно. Известно, что вес АКБ 6 ст-55 без электролита немногим больше 12 кг. Модель ст-60 имеет массу 13,2 кг. Старый аккумулятор 6 ст-190, сданный на лом, приносит отличный доход. Без электролита весит почти 50 килограмм.

Как получать максимальную прибыль?

• оставлять заявку онлайн или звонить менеджеру;
• уточнять актуальную цену вторсырья;
• учитывать количество электролита, ПВХ.

В процессе оценивания конкретной модели, специалист «ПАК» определяет, сколько свинца в АКБ и какое вознаграждение предложит за него. Например, батарея на 55 Ампер-часов содержит больше 10 кг цветмета. Его можно сплавить, чтобы использовать для рыбалки.

Сколько электролита в аккумуляторе?

Объем жидкости зависит от емкости источника питания. Для заправки аккумулятора на 55 А/ч необходимо взять 2,5 л электролита. Источнику питания на 60 А/ч потребуется на 0,2-0,5 л больше.

Вес пластика и прочих металлов

Приблизительное содержание другого цветмета и неметаллических элементов – до 10%. Чтобы определить точный вес, нужен разбор и взвешивание каждого элемента. Спрашивайте, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, и получайте честный доход. Принесите нам целую батарею, мы можем достать свинец сами. Осуществляем скупку свинца в любом виде и объеме партии, возможен бесплатный вывоз нашим транспортом.

Аккумуляторы стартерные

Стационарные АКБ открытого типа

Стационарные АКБ закрытого типа

Бесплатный вывоз!

Вывозим аккумуляторные батареи бесплатно от 200кг. по Москве и Московкой области.

Точные весы!

Приезжаем с собственными точными весами прошедшими государственную поверку.

Деньги сразу!

Взвешивание и оценка лома проходит на месте. Деньги передаём сразу после приёмки.

С нами стало ещё выгоднее!

Мы улучшили логистику нашего транспорта, поэтому работать с нами стало ещё выгоднее.

для чего разбирают старые автомобильные батареи, сколько кг свинца в АКБ

Современные автомобильные аккумуляторы содержат свинец, сдав который, можно неплохо заработать, что позволяет несколько сократить затраты автовладельца на покупку новой батареи в автомобиль. Из соответствующих таблиц можно с легкостью определить, сколько свинца в аккумуляторе 55 и как добыть такой дорогостоящий металл, который можно в последующем сдать в пункты вторсырья.

Для чего извлекают свинец из АКБ

В первую очередь необходимо определиться с тем, для чего же извлекают из аккумуляторов свинец. Этот металл сплав хорошо ценится в пунктах приема цветных металлов, что позволяет даже с одного автомобильного аккумулятора получить неплохую денежную сумму. Свинец — это тяжеловесный металл, который используется многими рыболовами для изготовления грузил и различных снастей. Поэтому редко какой рыбак откажется от возможности самостоятельно разобрать АКБ и найти необходимый ему дорогостоящий тяжёлый металл.

Также старые свинцовые пластины-электроды используют для изготовления простейших аккумуляторов и источников питания различных устройств и бытовых приборов. Этот металл может перетираться в стружку, после чего его добавляют в краску или лаки, что не только позволяет придать поверхности оригинальную текстуру, но и обеспечивает максимально возможную стойкость, устойчивость к ультрафиолету и механическую прочность.

Устройство автомобильных аккумуляторов

Большинство людей уверены, что находящиеся внутри аккумулятора пластины-электроды выполнены из чистого свинца. Однако в действительности чистого металла в них содержится не более 20% от общей массы сплава. Оставшийся вес — это оксиды и различные металлы.

Поэтому со стандартного автомобильного аккумулятора удается добыть двух-трехкилограммовый слиток дорогого металла.

Необходимо лишь определиться с тем, сколько килограммов свинца в аккумуляторе 60 ампер, а исходя из этого, и можно будет рассчитать полученное количество дорогого металла.

В процентном соотношении состав автомобильного АКБ будет выглядеть следующим образом:

1. Электролит — около 20% от общей массы АКБ.
2. Пластиковый корпус, перегородки и другие элементы из пластика — не более 10% всей массы.
3. Свинец, диоксиды, оксиды и другие сплавы — около 60% веса.

Для большей наглядности, чтобы определиться тем, сколько свинца в автомобильном аккумуляторе, можно рассмотреть состав 55-амперной автомобильной батареи. Стандартный вес такой АКБ не превышает 15 кг. Пластика тут около 1,5 кг, 3 кг электролита и 10 кг металла. Чистого металла в АКБ будет содержаться не больше 3 кг.

Следует учитывать также тот факт, что полностью выплавить ценный металл из электродов бывает затруднительно, соответственно количество получаемого свинца будет ещё ниже.

Содержание этого ценного металла во многом зависит от мощности аккумулятора и его емкости. Если в 55-амперной АКБ будет содержаться около 3 кг чистого свинца, то уже в мощной батарее для грузовых автомобилей, которая выдает ток на уровне 150−190 Ампер-часов, может содержаться 9 кг этого металла. Исходя из данных таблиц можно с легкостью рассчитать, сколько килограммов свинца, который можно выплавить из электродных пластин, в аккумуляторе 55.

Как разобрать старую батарею

Изначально разборными были лишь аккумуляторы, которые изготавливались в Советском Союзе. Делалось это для того, чтобы у автовладельцев имелась возможность отремонтировать АКБ, заменив те или иные вышедшие из строя элементы.

А вот на западе наибольшей популярностью пользовались необслуживаемые аккумуляторы, которые не подразумевали возможности разборки батарей.

Большинство используемых сегодня аккумуляторов относятся к категории необслуживаемых, соответственно появляются определенные проблемы с тем, чтобы разобрать старую АКБ.

Для такой работы потребуется следующее:

1. Защитные очки и резиновые перчатки.
2. Лобзик по металлу.
3. Пассатижи.
4. Болгарка.
5. Плоская отвертка.
6. Молоток.
7. Зубило.
8. Паяльник высокой мощности.
9. Дрель.

Выполняя такую разборку старого АКБ, необходимо соблюдать максимальную осторожность. Внутри батареи находится электролит, который при попадании на кожу или слизистые может вызвать химические ожоги. Поэтому следует обязательно надевать очки и защитные резиновые перчатки. Проделав соответствующие отверстия в банках, следует обязательно слить электролит и промыть дистиллированной водой батарею, в которой может также остаться соляная кислота.

Чтобы слить электролит, потребуется выкрутить пробки, а если таковые в АКБ отсутствуют, то самостоятельно дрелью выполняется отверстие, через которое и сливается жидкость. Такие отверстия для слива электролита лучше всего выполнять снизу аккумулятора, что позволит, не наклоняя батарею и не поднимая со дна выпавший осадок, слить всю соляную кислоту.

После промывки банок чистой водой следует, вооружившись лобзиком или болгаркой, отпилить крышку по периметру корпуса батареи. Достают крышку, на которой будут закреплены аккумуляторные пластины.

Если крышку и пластины держат приводные клеммы, то потребуется вручную с помощью молотка или зубила извлечь металлические электроды.

Самостоятельное получение свинца

Свинец плавится при невысоких температурах, соответственно провести выплавку этого металла из аккумуляторных электродов можно в домашних условиях на электрической или газовой плите. Однако в таких условиях можно расплавить металл, который находится в чистом виде. То есть потребуется использовать решетку, мостики и клеммы от АКБ.

А вот если требуется расплавить пластины и получить из них чистый свинец, то следует работать на температурах около 1000 градусов и использовать специальные химические реагенты.

Именно по причине такой сложности выплавки свинца в домашних условиях получить из аккумулятора даже несколько килограммов этого чистого тяжелого металла будет затруднительно. Поэтому зачастую бывает куда проще и выгоднее сдать старый аккумулятор в соответствующие пункты приёма вторсырья или специализированные компании, а не пытаться самостоятельно разобрать и выплавить дорогостоящий металл из электродов и других элементов АКБ.

Целесообразно ли выплавлять свинец самостоятельно

До недавнего прошлого сдать аккумулятор в переработку было затруднительно, поэтому многие экономичные автовладельцы самостоятельно позанимались разборкой АКБ и последующей сдачей дорогостоящего металла в пункты вторсырья. Сегодня же можно с легкостью сдать аккумулятор в специализированные конторы и не заниматься самостоятельно трудоемкой работой по выплавке свинца, тем более что в домашних условиях провести качественную очистку металла будет проблематично.

Современные АКБ в зависимости от своего типа, ёмкости и мощности могут содержать от 1 до 10 кг свинца. Если отдельные элементы полностью состоят из этого дорогостоящего металла, и переплавить их самостоятельно в домашних условиях не представляет сложности, то вот расплавить пластины, где свинец содержится в оксидах и гидроксидах, бывает затруднительно.

Поэтому проще всего сдать аккумулятор в пункты приема вторсырья, что позволит не только избавиться от необходимости сложной переплавки металла, но и получить неплохое денежное вознаграждение.

Виды и типы аккумуляторных батарей — подробно!

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 25.06.2015 19:00

Автор:
Abramova Olesya

Аккумуляторная батарея – это источник постоянного тока, который предназначен для накопления и хранения энергии. Подавляющее число типов аккумуляторных батарей основано на циклическом преобразовании химической энергии в электрическую, это позволяет многократно заряжать и разряжать батарею.

Еще в 1800 году Алессандро Вольта произвел поразительное открытие, когда опустил в банку, наполненную кислотой, две металлические пластины – медную и цинковую, после чего доказал, что по соединяющей их проволоке протекает электрический ток. Спустя более чем 200 лет, современные аккумуляторные батареи продолжают производить на основе открытия Вольта.

Со времени изобретения первого аккумулятора прошло не больше 140 лет и сейчас сложно представить современный мир без резервных источников питания на основе батарей. Аккумуляторы применяются всюду, начиная с самых безобидных бытовых устройств: пульты управления, переносные радиоприемники, фонари, ноутбуки, телефоны, и заканчивая системами безопасности финансовых учреждений, резервными источниками питания для центров хранения и передачи данных, космической отраслью, атомной энергетикой, связью и т. д.

Развивающийся мир нуждается в электрической энергии столь сильно, сколько человеку нужен кислород для жизни. Поэтому конструкторы и инженеры ежедневно ведут работу по оптимизации имеющихся типов аккумуляторов и периодически разрабатывают новые виды и подвиды.

Основные виды аккумуляторов приведены в таблице №1.

Таблица №1. Классификация аккумуляторных батарей.

Исходя из приведенных данных в таблице №1, можно прийти к выводу, что существует достаточно много видов аккумуляторов, отличных по своим характеристикам, которые оптимизированы для применения в разнообразных условиях и с различной интенсивностью. Применяя для производства новые технологии и компоненты, ученым удается достигать нужных характеристик для конкретной области применения, к примеру, для космических спутников, космических станций и другого космического оборудования были разработаны никель-водородные аккумуляторы. Конечно, в таблице приведены далеко не все типы, а лишь основные, которые получили распространение.

Современные системы резервного и автономного электропитания для промышленного и бытового сегмента основаны на разновидностях свинцово-кислотных, никель-кадмиевых (реже применяются железо-никелевый тип) и литий-ионных аккумуляторах, поскольку эти химические источники питания безопасны и имеют приемлемые технические характеристики и стоимость.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Этот тип является самым востребованным в современном мире по причине универсальных особенностей и невысокой стоимости. Благодаря наличию большого количества разновидностей, свинцово-кислотные аккумуляторы применяется в областях систем резервного питания, системах автономного электроснабжения, солнечных электростанций, ИБП, различных видах транспорта, связи, системах безопасности, различных видах портативных устройств, игрушках и т. д.

Принцип действия свинцово-кислотных батарей

Основа работы химических источников питания основана на взаимодействии металлов и жидкости – обратимой реакции, которая возникает при замыкании контактов положительных и отрицательных пластин. Свинцово-кислотные аккумуляторы, как понятно из названия, состоят из свинца и кислоты, где положительно заряженными пластинами является свинец, а отрицательно заряженными – оксид свинца. Если подключить к двум пластинам лампочку, цепь замкнется и возникнет электрический ток (движение электронов), а внутри элемента возникнет химическая реакция. В частности, происходит коррозия пластин батареи, свинец покрывается сульфатом свинца. Таким образом, в процессе разряда аккумулятора на всех пластинах будет образовываться налет из сульфата свинца. Когда аккумулятор полностью разряжен, его пластины покрыты одинаковым металлом – сульфатом свинца и имеют практически одинаковый заряд относительно жидкости, соответственно, напряжение батареи будет очень низким.

Если к батарее подключить зарядное устройство к соответствующим клеммам и включить его, ток будет протекать в кислоте в обратном направлении. Ток будет вызывать химическую реакцию, молекулы кислоты – расщепляться и за счет этой реакции будет происходить удаление сульфата свинца с положительных и отрицательных пластилин батареи. В финальной стадии зарядного процесса пластины будут иметь первозданный вид: свинец и оксид свинца, что позволит им снова получить разный заряд, т. е. батарея будет полностью заряжена.

Однако на практике все выглядит немного иначе и пластины электродов очищаются не полностью, поэтому аккумуляторы имеют определенный ресурс, по достижении которого емкость снижается до 80-70% от изначальной.

Рисунок №3. Электрохимическая схема свинцово-кислотного аккумулятора (VRLA).

Типы свинцово-кислотных батарей

• Lead–Acid, обслуживаемые – 6, 12В батареи. Классические стартерные аккумуляторы для двигателей внутреннего сгорания и не только. Нуждаются в регулярном обслуживании и вентиляции. Подвержены высокому саморазряду.

• Valve Regulated Lead–Acid (VRLA), необслуживаемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Недорогие аккумуляторы в герметизированном корпусе, которые можно использовать в жилых помещениях, не требуют дополнительной вентиляции и обслуживания. Рекомендованы для использования в буферном режиме.

• Absorbent Glass Mat Valve Regulated Lead–Acid (AGM VRLA), необслуживаемые – 4, 6 и 12В батареи. Современные аккумуляторы свинцово-кислотного типа с абсорбированным электролитом (не жидкий) и стекловолоконными разделительными сепараторами, которые значительно лучше сохраняют свинцовые пластины, не давая им разрушаться. Такое решение позволило значительно снизить время заряда AGM батарей, поскольку зарядный ток может достигать 20-25, реже 30% от номинальной емкости.

  Аккумуляторы AGM VRLA имеют множество модификаций с оптимизированными характеристиками для циклического и буферного режимов работы: Deep – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – для удобного расположения в телекоммуникационных стойках, Standard – общего назначения, High Rate – обеспечивают лучшую разрядную характеристику до 30% и подходят для мощных источников бесперебойного питания, Modular – позволяют создавать мощные батарейные кабинеты и т. д.

  Рисунок №4. AGM VRLA аккумуляторы EverExceed.

• GEL Valve Regulated Lead–Acid (GEL VRLA), необслуживаниемые – 2, 4, 6 и 12В батареи. Одна из последних модификаций свинцово-кислотного типа аккумуляторов. Технология основана на применение гелеобразного электролита, который обеспечивает максимальный контакт с отрицательными и положительными пластинами элементов и сохраняет однообразную консистенцию по всему объему. Данный тип аккумуляторов требует «правильного» зарядного устройства, которое обеспечит требуемый уровень тока и напряжения, лишь в этом случае можно получить все преимущества по сравнению с AGM VRLA типом.

  Химические источники питания GEL VRLA, как и AGM, имеют множество подвидов, которые наилучшим образом подходят для определенных режимов работы. Самыми распространенными являются серии Solar – используются для систем солнечной энергии, Marine – для морского и речного транспорта, Deep Cycle – для частых глубоких разрядов, фронт-терминальные – собраны в специальных корпусах для телекоммуникационных систем, GOLF – для гольф-каров, а также для поломоечных машин, Micro – небольшие аккумуляторы для частого использования в мобильных приложениях, Modular – специальное решение по созданию мощных аккумуляторных банков для накопления энергии и т. д.

  Рисунок №5. GEL VRLA аккумулятор EverExceed.

   

   

   

• OPzV, необслуживаемые – 2В батареи. Специальные свинцово-кислотные элементы типа OPZV произведены с применением трубчатых пластин анода и сернокислотным гелеобразным электролитом. Анод и катод элементов содержат дополнительный металл – кальций, благодаря которому повышается стойкость электродов к коррозии и увеличивается срок службы. Отрицательные пластины – намазные, эта технология обеспечивает лучший контакт с электролитом.

  Аккумуляторы OPzV устойчивы к глубоким разрядам и обладают длительным сроком службы до 22 лет. Как правило, для изготовления подобных элементов питания применяются только лучшие материалы, чтобы обеспечить высокую эффективность работы в циклическом режиме.

  Применение OPzV аккумуляторов востребовано в телекоммуникационных установках, системах аварийного освещения, источниках бесперебойного питания, системах навигации, бытовых и промышленных системах накопления энергии и солнечной электрогенерации.

  Рисунок №6. Строение OPzV аккумулятора EverExceed.

• OPzS, малообслуживаемые – 2, 6, 12В батареи. Стационарные заливные свинцово-кислотные аккумуляторы OPzS производятся с трубчатыми пластинами анода с добавлением сурьмы. Катод также содержит небольшое количество сурьмы и представляет собой намазной решетчатый тип. Анод и катод разделены микропористыми сепараторами, которые предотвращают короткое замыкание. Корпус аккумуляторов выполнен из специального ударопрочного, устойчивого к химическому воздействию и огню прозрачного пластика, а вентилируемые клапаны относятся к пожаробезопасному типу и обеспечивают защиту от возможного попадания пламени и искр.

  Прозрачные стенки позволяют удобно контролировать уровень электролита при помощи отметок минимального и максимального значения. Специальная структура клапанов дает возможность без их снятия доливать дистиллированную воду и промерять плотность электролита. В зависимости от нагрузки, долив воды осуществляется раз в один – два года.

  Аккумуляторные батареи типа OPzS обладают самыми высокими характеристиками среди всех других видов свинцово-кислотных батарей. Срок службы может достигать 20 – 25 лет и обеспечивать ресурс до 1800 циклов глубокого 80% разряда.

  Применение подобных батарей необходимо в системах с требованиями среднего и глубокого разряда, в т.ч. где наблюдаются пусковые токи средней величины.

  Рисунок №7. OPzS аккумулятор Victron Energy.

Характеристики свинцово-кислотных аккумуляторов

Анализируя приведенные в таблице №2 данные, можно прийти к выводу, что свинцово-кислотные аккумуляторы обладают широким выбором моделей, которые подходят для различных режимов работы и условий эксплуатации.

Таблица №2. Сравнительные характеристики по видам свинцово-кислотных батарей.

Для анализа использовались усредненные данные более чем 10-ти производителей батарей, продукция которых представлена на рынке Украины в течение длительного времени и успешно применяется во многих областях (EverExceed, B.B. Battery, CSB, Leoch, Ventura, Challenger, C&D Techologies, Victron Energy, SunLight, Troian и другие).

Литий-ионные (литиевые) аккумуляторные батареи

История прохождения происхождения уходит в 1912 год, когда Гилберт Ньютон Льюис работал над вычислением активностей ионов сильных электролитов и проводил исследования электродных потенциалов целого ряда элементов, включая литий. С 1973 года работы были возобновлены и в результате появились первые элементы питания на основе лития, которые обеспечивали только один цикл разряда. Попытки создать литиевый аккумулятор затруднялись активностью свойств лития, которые при неправильных режимах разряда или заряда вызывали бурную реакцию с выделением высокой температуры и даже пламени. Компания Sony выпустила первые мобильные телефоны с подобными аккумуляторами, но была вынуждена отозвать продукцию обратно после нескольких неприятных инцидентов. Разработки не прекращались и в 1992 году появились первые «безопасные» аккумуляторы на основе ионов лития.

Аккумуляторы литий-ионного типа обладают высокой плотностью энергии и благодаря этому при компактном размере и легком весе обеспечивают в 2-4 раза большую емкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Несомненно, большим достоинством литий-ионных батарей является высокая скорость полной 100% перезарядки в течение 1-2 часов.

Li-ion батареи получили широкое применение в современной электронной технике, автомобилестроении, системах накопления энергии, солнечной генерации электроэнергии. Крайне востребованы в высокотехнологичных устройствах мультимедиа и связи: телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, радиостанциях и т. д. Современный мир сложно представить без источников питания литий-ионного типа.

Принцип действия литиевых (литий-ионных) батарей

Принцип работы заключается в использовании ионов лития, которые связаны молекулами дополнительных металлов. Обычно, в дополнение к литию применяются литийкобальтоксид и графит. При разряде литий-ионного аккумулятора происходит переход ионов от отрицательного электрода (катода) к положительному (аноду) и наоборот при заряде. Схема аккумулятора предполагает наличие разделительного сепаратора между двумя частями элемента, это необходимо для предотвращения самопроизвольного перемещения ионов лития. Когда цепь аккумулятора замкнута и происходит процесс заряда или разряда, ионы преодолевают разделительный сепаратор стремясь к противоположно заряженному электроду.

Рисунок №8. Электрохимическая схема литий-ионного аккумулятора.

Благодаря своей высокой эффективности, литий-ионные аккумуляторы получили бурное развитие и множество подвидов, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Ниже приведена графическая схема работы этого подтипа.

Рисунок №9. Электрохимическая схема процесса разряда и разряда LiFePO4 батареи.

Типы литий-ионных аккумуляторов

Современные литий-ионные аккумуляторы имеют множество подтипов, основная разница которых заключается в составе катода (отрицательно заряженного электрода). Также может изменяться состав анода для полной замены графита или использования графита с добавлением других материалов.

Различные виды литий-ионных аккумуляторов обозначаются по их химическому разложению. Для рядового пользователя это может быть несколько сложно, поэтому каждый тип будет описан максимально подробно, включая его полное название, химическое определение, аббревиатуру и краткое обозначение. Для удобства описания будет использоваться сокращенное название.

• Литий кобальт оксид (LiCoO2) – Обладает высокой удельной энергией, что делает литий-кобальтовый аккумулятор востребованным в компактных высокотехнологичных устройствах. Катод батареи состоит из оксида кобальта, тогда как анод – из графита. Катод имеет слоистую структуру и во время разряда ионы лития перемещаются от анода к катоду. Недостатком этого типа является относительно короткий срок службы, невысокая термическая стабильность и лимитированная мощность элемента.

  Литий-кобальтовые батареи не могут разряжаться и заряжаться током, превосходящим номинальную емкость, поэтому аккумулятор с емкостью 2,4Ач может работать с током 2,4А. Если для заряда будет применяться большая сила тока, то это вызовет перегрев. Оптимальный зарядный ток составляет 0,8C, в данном случае 1,92А. Каждый литий-кобальтовый аккумулятор комплектуется схемой защиты, которая ограничивает заряд и скорость разряда и лимитирует ток на уровне 1C.

  На графике (Рис. 10) отражены основные свойства литий-кобальтовых аккумуляторов с точки зрения удельной энергии или мощности, удельная мощность или способность обеспечивать высокий ток, безопасности или шансы воспламенения при высокой нагрузке, рабочая температура окружающей среды, срок службы и циклический ресурс, стоимость.

  Рисунок №10. Диаграмма основных свойств LiCoO2 аккумуляторов.

   

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов. 

• Литий Оксид Марганца (LiMn2O4, LMO) – первая информация об использовании лития с марганцевыми шпинелями была опубликована в научных докладах 1983 года. Компания Moli Energy в 1996 году выпустила первые партии аккумуляторов на основе литий-оксид-марганца в качестве материала катода. Такая архитектура формирует трехмерные структуры шпинели, что улучшает поток ионов к электроду, тем самым снижая внутреннее сопротивление и повышая возможные токи заряда. Также преимущество шпинели в термической стабильности и повышенной безопасности, однако циклический ресурс и срок службы ограничен.

  Низкое сопротивление обеспечивает возможность быстрого заряда и разряда литий-марганцевого аккумулятора с высоким током до 30А и кратковременно до 50А. Применяется для мощных электроинструментов, медицинского оборудования, а также гибридных и электрических транспортных средств.

  Потенциал литий-марганцевых аккумуляторов примерно на 30% ниже по сравнению с литий-кобальтовыми батареями, однако эта технология обладает примерно на 50% лучшими свойствами, чем аккумуляторы на основе никелевых химических компонентов.

  Гибкость конструкции позволяет инженерам оптимизировать свойства батареи и достичь длительного срока службы, высокой емкости (удельная энергия), возможности обеспечивать максимальный ток (удельная мощность). Например, с длительным сроком эксплуатации типоразмер элемента 18650 имеет емкость 1,1Ач, тогда как элементы, оптимизированные на повышенную емкость, – 1,5Ач, но при этом они имеют меньший срок службы.

  На графике (Рис. 12) отраженны не самые впечатляющие характеристики литий-марганцевых аккумуляторов, однако современные разработки позволили существенно повысить эксплуатационных характеристики и сделать этот тип конкурентным и широко применяемым.

  Рисунок №11. Диаграмма основных свойств LiMn2O4 аккумуляторов.

  Современные аккумуляторы литий-марганцевого типа могут производиться с добавлениями других элементов – литий-никель-марганец-кобальт оксид (NMC), подобная технология существенно продлевает срок службы и повышает показатели удельной энергии. Этот состав привносит лучшие свойства из каждой системы, так называемые LMO (NMC) применяются для большинства электромобилей, таких как Nissan, Chevrolet, BMW и т. д. 

• Литий-Никель-Марганец-Кобальт оксид (LiNiMnCoO2 или NMC) – ведущие производители литий-ионных батарей сосредоточились на сочетании никеля-марганца-кобальта в качестве материалов катода (NMC). Похожий на литий-марганцевый тип, эти аккумуляторы могут быть адаптированы для достижения показателей высокой удельной энергии или высокой удельной мощности, однако, не одновременно. К примеру, элемент NMC типа 18650 в состоянии умеренной нагрузки имеет емкость 2,8Ач и может обеспечить максимальный ток 4-5А; NMC элемент, оптимизированный к параметрам повышенной мощности, имеет всего 2Втч, но может обеспечить непрерывный ток разряда до 20А. Особенность NMC заключается в сочетании никеля и марганца, в качестве примера можно привести поваренную соль, в которой основные ингредиенты натрий и хлорид, которые в отдельности являются токсичными веществами.

  Никель известен своей высокой удельной энергией, но низкой стабильностью. Марганец имеет преимущество формирования структуры шпинели и обеспечивает низкое внутреннее сопротивление, но при этом обладает низкой удельной энергией. Комбинируя эти два металла, можно получать оптимальные характеристика NMC аккумулятора для разных режимов эксплуатации.

  NMC аккумуляторы прекрасно подходят для электроинструмента, электровелосипедов и других силовых агрегатов. Сочетание материалов катода: треть никеля, марганца и кобальта обеспечивают уникальные свойства, а также снижают стоимость продукта в связи с уменьшением содержания кобальта. Другие подтипы, как NCM, CMN, CNM, MNC и MCN имеют отличное соотношение тройки металлов от 1/3-1/3-1/3. Обычно, точное соотношение держится производителем в секрете.

  Рисунок №12. Диаграмма основных свойств LiNiMnCoO2 аккумуляторов.

• Литий-Железо-Фосфатные (LiFePO4) – в 1996 в университете штата Техас (и другими участниками) был применен фосфат в качестве катодного материала для литиевых аккумуляторов. Литий-фосфат предлагает хорошие электрохимические характеристики с низким сопротивлением. Это стало возможным с нано-фосфатом материала катода. Основными преимуществами являются высокий протекающий ток и длительный срок службы к тому же, хорошая термическая стабильность и повышенная безопасность.

  Литий-железо-фосфатные аккумуляторы терпимее к полному разряду и менее подвержены «старению», чем другие литий-ионные системы. Также LFP более устойчивы к перезаряду, но как и в других аккумуляторах литий-ионного типа, перезаряд может вызвать повреждение. LiFePO4 обеспечивает очень стабильное напряжение разряда – 3,2В, это же позволяет использовать всего 4 элемента для создания батареи стандарта 12В, что в свою очередь позволяет эффективно заменять свинцово-кислотные батареи. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы не содержат кобальт, это существенно снижает стоимость продукта и делает его более экологически чистым. В процессе разряда обеспечивает высокий ток, а также может быть заряжен номинальным током всего за один час до полной емкости. Эксплуатация при низких температурах окружающей среды снижает производительность, а температура свыше 35ºС – несколько сокращается срок службы, но показатели намного лучше, чем у свинцово-кислотных, никель-кадмиевых или никель-металлогидридных аккумуляторов. Литий-фосфат имеет больший саморазряд, чем другие литий-ионные аккумуляторы, которые могут вызвать потребность балансировки батарейных кабинетов.

  Рисунок №13. Диаграмма основных свойств LiFePO4 аккумуляторов.

   

• Литий-Никель-Кобальт-Оксид Алюминия (LiNiCoAlO2) – литий-никель-кобальто-оксид алюминиевые батареи (NCA) появились в 1999 году. Этот тип обеспечивает высокую удельную энергию и достаточную удельную мощность, а также длительный срок службы. Однако существуют риски воспламенения, в следствие чего был добавлен алюминий, который обеспечивает более высокую стабильность электрохимических процессов, протекающих в аккумуляторе при высоких токах разряда и заряда.

  Рисунок №14. Диаграмма основных свойств LiNiCoAlO2 аккумуляторов.

• Литий-титанат (Li4Ti5O12) – аккумуляторы с анодами из литий-титаната были известны с 1980-х годов. Катод состоит из графита и имеет сходство с архитектурой типичной литий-металлической батареи. Литий-титанат имеет напряжение элемента 2,4В, может быть быстро заряжен и обеспечивает высокий разрядный ток 10C, который в 10 раз превышает номинальную емкость батареи.

  Литий-титанатные аккумуляторы отличаются повышенным циклическим ресурсом по сравнению с другими Li-ion видами батарей. Обладают высокой безопасностью, а также способны работать при низких температурах (до –30ºC) без ощутимого снижения рабочих характеристик.

  Недостаток заключается в достаточно высокой стоимости, а также в небольшом показателе удельной энергии, порядка 60-80Втч/кг, что вполне сопоставимо с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Области применения: электрические силовые агрегаты и источники бесперебойного питания.

  Рисунок №15. Диаграмма основных свойств Li4Ti5O12 аккумуляторов.

• Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol, Li-polymer, LiPo, LIP, Li-poly) – литий полимерные аккумуляторы отличаются от литий-ионных тем, что в них используется специальный полимерный электролит. Возникший ажиотаж к этому виду батарей с 2000-х годов длится до сегодняшнего времени. Основан он не безосновательно, т. к. при помощи специальных полимеров удалось создать батарею без жидкого или гелеобразного электролита, это дает возможность создавать батареи практически любой формы. Но основная проблема заключается в том, что твердый полимерный электролит обеспечивает плохую проводимость при комнатной температуре, а лучшие свойства демонтирует в разогретом состоянии до 60°С. Все попытки ученых обнаружить решение этой задачи оказали тщетны.

  В современных литий-полимерных батареях применяется небольшое количество гелевого электролита для лучшей проводимости при нормальной температуре. А принцип работы построен на одном из описанных выше типов. Самым распространенным является литий-кобальтовый тип с полимерным гелеобразным электролитом, который применяется в большинстве случаев.

  Основная разница между литий-ионными аккумуляторами и литий-полимерными заключается в том, что микропористый полимерный электролит заменяется традиционным разделительным сепаратором. Литий-полимер имеет немного больший показатель удельной энергии и дает возможность создавать тонкие элементы, но стоимость на 10-30% выше, чем литий-ионных. Существенная разница есть и в структуре корпуса. Если для литий-полимерных применяется тонкая фольга, которая дается возможность создавать настолько тонкие элементы питания, что они похожи на кредитные карты, то литий-ионные собираются в жестком металлическом корпусе для плотной фиксации электродов.

  Рисунок №17. Внешний вид Li-polymer аккумулятора для мобильного телефона.

Характеристики литий-ионных аккумуляторов

В таблице отсутствует максимальная емкость элементов, т. к. технология литий-ионных аккумуляторов не позволяет производить мощные отдельные элементы. Когда необходима высокая емкость или постоянный ток, батареи соединятся параллельно и последовательно при помощи перемычек. Состояние обязательно должна контролировать система батарейного мониторинга. Современные батарейные кабинеты для ИБП и солнечных электростанций на основе литиевых элементов могут достигать напряжения 500-700В постоянного тока с емкостью около 400А/ч, а также емкости 2000 – 3000Ач с напряжением 48 или 96В.

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Изобретателем является шведский ученый Вальдемар Юнгнер, который запатентовал технологию производства никель кадмиевого типа в 1899 году. D 1990 году возник патентный спор с Эдисоном, который Юнгнер проиграл в силу того, что не владел таким средствами, как его оппонент. Компания «Ackumulator Aktiebolaget Jungner», основанная Вальдемаром, оказалась на грани банкротства, однако, сменив название на «Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner», предприятие все же продолжило свое развитие. В настоящее время предприятие, основанное разработчиком, носит название «SAFT AB» и производит одни из самых надежных никель-кадмиевых аккумуляторов в мире.

Никель-кадмиевые аккумуляторы относятся к очень долговечному и надежному типу. Существуют обслуживаемые и необслуживаемые модели с емкостью от 5 до 1500Ач. Обычно поставляются в виде сухо-заряженных банок без электролита с номинальным напряжением 1,2В. Несмотря на схожесть конструкции со свинцово-кислотными, никель- кадмиевые батареи имеют ряд существенных преимуществ в виде стабильной работы при температуре от –40°С, возможности выдерживать высокие пусковые токи, а также оптимизированы моделями для быстрого разряда. Ni-Cd батареи устойчивы к глубокому разряду, перезаряду и не требуют моментального заряда как свинцово-кислотный тип. Конструктивно производятся в ударопрочном пластике и хорошо переносят механические повреждения, не боятся вибрации и т.п.

Принцип действия никель-кадмиевых батарей

Щелочные аккумуляторы, электроды которых состоят из гидрата окиси никеля с добавлениями графита, окиси бария и порошкового кадмия. В качестве электролита, как правило, выступает раствор с 20%-ным содержанием калия и добавлением моногидрата лития. Пластины разделены изолирующими сепараторами во избежании замыкания, одна отрицательно заряженная пластина расположена между двумя положительно заряженными.

В процессе разряда никель-кадмиевой батареи происходит взаимодействие между анодом с гидратом окиси никеля и ионами электролита, образуя гидрат закиси никеля. В это же время катод из кадмия образует гидрат окиси кадмия, тем самым создавая разность потенциалов до 1,45В обеспечивая напряжение внутри аккумулятора и во внешней замкнутой цепи.

Процесс заряда никель-кадмиевых аккумуляторов сопровождается окислением активной массы анодов и переходом гидрата закиси никеля в гидрат окиси никеля. Одновременно катод восстанавливается с образованием кадмия.

Достоинством принципа действия никель-кадмиевой батареи является то, что все составляющие, которые образуются в процессе циклов разряда и заряда, почти не растворяются в электролите, а также не вступают в какие-либо побочные реакции.

Рисунок №16. Строение Ni-Cd аккумулятора.

Типы никель-кадмиевых аккумуляторов

В настоящее время батареи Ni-Cd используют чаще всего в промышленности, где требуется обеспечивать питанием разнообразные приложения. Некоторые производители предлагают несколько подвидов никель-кадмиевых аккумуляторов, которые обеспечивают наилучшую работу в определенных режимах:

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – обслуживаемые батареи;

• время разряда 1,5 – 5 часов и более – необслуживаемые батареи;

• время разряда 30 – 150 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 20 – 45 минут – обслуживаемые батареи;

• время разряда 3 – 25 минут – обслуживаемые батареи.

Характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов

Высокие технические характеристики делают этот тип аккумуляторных батарей очень привлекательным для решения производственных задач, когда требуется высоконадежный источник резервного питания с длительным сроком службы.

Никелево-железные аккумуляторные батареи

Впервые были созданы Вальдемаром Юнгнером в 1899 году, когда он пытался найти более дешевый аналог кадмию в составе никель-кадмиевых батарей. После долгих испытаний Юнгнер отказался от применения железа, т. к. заряд осуществлялся слишком медленно. Несколькими годами позднее, Томас Эдисон создал никель-железный аккумулятор, который осуществлял питание электромобилей «Baker Electric» и «Detroit Electric».

Дешевизна производства позволили никель-железным аккумуляторам стать востребованными в электротранспорте в качестве тяговых батарей, также применяются для электрификации пассажирских вагонов, питания цепей управления. В последние годы о никель-железных аккумуляторах заговорили с новой силой, т. к. они не содержат токсичных элементов вроде свинца, кадмия, кобальта и т. д. В настоящее время некоторые производители продвигают их для систем возобновляемой энергетики.

Принцип действия никелево-железных батарей

Аккумуляция электроэнергии происходит при помощи никель оксида-гидроксида, применяемого в качестве положительных пластин, железа – в качестве отрицательных пластин и жидкого электролита в виде едкого калия. Никелевые стабильные трубки или «карманы» содержат активное вещество

Никелево-железный тип очень надежный, т.к. выдерживает глубокие разряды, частые перезаряды, а также может находится в недозаряженном состоянии, что очень пагубно для свинцово-кислотных батарей.

Характеристики никелево-железных аккумуляторов

Использованные материалы

Исследования компании Boston Consulting Group

Техническая документация ТМ Bosch, Panasonic, EverExceed, Victron Energy, Varta, Leclanché, Envia, Kokam, Samsung, Valence и других.

Аккумуляторные батареи | Обслуживание источников оперативного тока | Обладнання

Страница 2 из 4

Устройство и характеристики аккумуляторов.

На подстанциях применяют главным образом свинцово-кислотные аккумуляторы типа С (СК) в открытых стеклянных сосудах, а аккумуляторы большей емкости — в деревянных баках, выложенных внутри свинцом. Аккумуляторные пластины разной полярности, находящиеся в одном сосуде, отделяются друг от друга сепараторами из мипора (мипласта). Сосуды заполняются электролитом (водным раствором чистой серной кислоты). Положительные пластины выполняются из чистого свинца и имеют сильно развитую поверхность. При формировании собранного аккумулятора (особом режиме первого заряда) на поверхности положительных пластин из металлического свинца основы образуется слой диоксида свинца РbO2, являющийся активной массой этих пластин. Отрицательные пластины изготовляются также из металлического свинца, но имеют коробчатую форму. Ячейки свинцового каркаса пластин заполняются активной массой, приготовляемой из оксидов свинца и свинцового порошка РЬ. Чтобы эта масса не выпадала из ячеек, пластины покрывают с боков тонкими перфорированными свинцовыми листами. В процессе формирования на отрицательных пластинах образуется губчатый свинец.

Наряду с аккумуляторами типа С (СК) применяются аккумуляторы типа СН. Они имеют намазные пластины, сепараторы из стекловойлока, винипласта и мипора, сосуды из прессованного стекла с уплотненными крышками. Все это обеспечивает надежность и длительный срок службы аккумуляторов. В эксплуатации они не требуют столь частой доливки воды, снижаются требования к вентиляции помещений.

Основными характеристиками аккумуляторов С (СК) являются их номинальная емкость, продолжительность и ток разряда, максимальный ток заряда. Их значения определяются типом, размером и числом пластин и получаются умножением соответствующих значений для аккумуляторов С-1 (СК-1) на типовой номер. Характеристики аккумуляторов типа С-1 (СК-1) приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Электрические характеристики аккумуляторов типов С-1 и СК-1

В эксплуатации емкость аккумулятора зависит от концентрации и температуры электролита, от режима разряда. С ростом плотности электролита емкость аккумулятора возрастает. Однако крепкие растворы увеличивают сульфатацию пластин. Повышение температуры электролита также приводит к возрастанию емкости, что объясняется снижением вязкости и усилением диффузии свежего электролита в поры пластин. Но с повышением температуры увеличивается саморазряд и сульфатация пластин.

Исследованиями установлено, что для стационарных аккумуляторов типа С (СК) оптимальной является плотность электролита в начале разряда 1,2-1,21 г/см3 при нормальной температуре 25°С. Температура воздуха в помещении, где установлена аккумуляторная батарея, должна поддерживаться в пределах 15-25°С.

Емкость аккумуляторов нормируется при условии непрерывного разряда в течение 10 ч неизменным по значению током. На практике разряды могут быть более короткими (1-2 ч) — большими токами и более длительными — малыми токами. При больших токах разряда емкость аккумулятора быстро снижается.

Факторами, ограничивающими разряд, являются конечное напряжение на зажимах аккумулятора и плотность электролита в сосудах. При 3-10-часовом разряде снижение напряжения допускается до 1,8 В, а при 1-2-часовом — до 1,75 В на элемент. Более глубокие разряды во всех режимах приводят к повреждению аккумуляторов. Разряды малыми токами прекращают, когда напряжение становится равным 1,9 В на элемент. При разряде контролируется как напряжение, так и плотность электролита. Уменьшение плотности на 0,03-0,05, т.е. до значений 1,17-1,15, свидетельствует о том, что емкость исчерпана.

Особенности эксплуатации аккумуляторов. В аккумуляторах непрерывно происходят неуправляемые химические и электрохимические реакции, приводящие к снижению их емкости. Происходит так называемый саморазряд аккумулятора, т.е. потеря им запасенной энергии. Саморазряду подвержены как работающие, так и отключенные от сети аккумуляторы. Новая батарея аккумуляторов теряет в течение суток не менее 0,3% своей емкости. Со временем саморазряд возрастает. При некоторых условиях (высокая температура и плотность электролита) наблюдается повышение саморазряда. Одной из причин повышенного саморазряда является присутствие в электролите примесей железа, хлора, меди и других элементов. Практически невозможно получить электролит, свободный от примесей. Однако их содержание не должно превышать установленных норм, поэтому применяемые для составления электролита кислота и дистиллированная вода проверяются на содержание вредных примесей.

В режиме разряда аккумулятора на его пластинах образуется свинцовый сульфат. При нормальной эксплуатации аккумуляторов сульфат имеет тонкое кристаллическое строение и легко растворяется при заряде, переходя в оксид свинца на положительных пластинах и в губчатый свинец на отрицательных. При некоторых условиях, рассмотренных ниже, возникает ненормальная сульфатация пластин, когда сравнительно быстро увеличивается количество крупных кристаллов сульфатов, которые закрывают собой поры активной массы пластин, мешая доступу электролита, при этом возрастает внутреннее сопротивление аккумулятора, а емкость его снижается. Внешними признаками ненормальной сульфатации являются образование на поверхности пластин беловатых пятен, выпадение светло-серого шлама в сосуде, коробление положительных и выпучивание отрицательных пластин.

Режим работы аккумуляторных батарей

Раньше аккумуляторные батареи на подстанциях эксплуатировались в режиме «заряд-разряд». Этому режиму соответствовали схемы установок с элементным коммутатором, которые сохранились еще на многих подстанциях. С помощью элементного коммутатора можно увеличивать число аккумуляторов, присоединенных к шинам постоянного тока, для поддержания необходимого уровня напряжения при разряде и уменьшать их число при заряде, когда напряжение на аккумуляторах возрастает. Режим работы аккумуляторов с периодическими зарядами и разрядами имеет существенные недостатки, связанные с преждевременным износом аккумуляторов и занятостью персонала по контролю и уходу за батареями.

В настоящее время аккумуляторные батареи на подстанциях эксплуатируются в режиме постоянного подзаряда, что улучшило работу большей части аккумуляторов и упростило их эксплуатацию. Сущность режима заключается в том, что полностью заряженная аккумуляторная батарея включается параллельно с подзарядным агрегатом, который обеспечивает питание подключенной нагрузки и в то же время подзаряжает малым током батарею, восполняя потерю емкости в результате саморазряда. В случае аварии на стороне переменного тока или остановки по какой-либо причине подзарядного агрегата батарея принимает на себя всю нагрузку сети постоянного тока. После ликвидации аварии батарея заряжается от зарядного агрегата и переводится на работу в режиме постоянного подзаряда.

При постоянном подзаряде режим батареи характеризуется напряжением на зажимах каждого элемента в пределах 2,2±0,05 В и током подзаряда 10-30 мА, умноженным на типовой номер аккумулятора. Для аккумуляторов типа СН рекомендуется поддерживать напряжение 2,18±0,04 В на элемент и ток подзаряда 10-20 мА на каждый номер аккумулятора. Более точное значение этих величин, определяемых индивидуальными свойствами аккумуляторных батарей, устанавливается в зависимости от плотности электролита. Если, например, плотность электролита снижается по сравнению с начальной (1,2-1,21 для аккумуляторов типов С, СК и 1,22-1,225 для аккумуляторов типа СН), то это свидетельствует о недостаточности тока подзаряда — напряжение подзаряда следует повысить. Измерение плотности электролита должно производиться с учетом его температуры, так как плотность изменяется (уменьшается при повышении и увеличивается при понижении температуры электролита) на 0,003 г/см3 на каждые 5°С по отношению к нормативной температуре 25°С. На чрезмерно большой ток подзаряда указывает усиленное выпадение в сосуде коричневого шлама.

Уравнительные заряды и дозаряды аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи с элементным коммутатором, переведенные в режим постоянного подзаряда, обладают тем основным недостатком, что батарея оказывается разделенной на две части, находящиеся в неодинаковых условиях. Основная часть батареи (107 элементов) подзаряжается и таким образом поддерживается в заряженном состоянии. Остальные (концевые) аккумуляторы не подзаряжаются и постепенно теряют свою емкость вследствие саморазряда. При недостаточном уходе пластины концевых аккумуляторов сульфатируются. Наблюдается разная степень заряженности отдельных элементов.

Для устранения следов сульфатации и выравнивания отстающих элементов батареи по мере необходимости подвергают уравнительным зарядам (перезарядам). При уравнительном заряде батарея предварительно разряжается током 10-часового режима до напряжения 1,8 В на элемент. Затем нормально заряжается тем же током до появления признаков заряженности — сильного газообразования, возрастания напряжения до 2,6-2,8 В на элемент, увеличения плотности электролита до 1,2-1,21 г/см3 — и оставляется в покое на 1 ч. Заряды с одночасовыми перерывами продолжаются до тех пор, пока батарея не получит двух-, трехкратной номинальной емкости. Признаком, по которому судят об окончании заряда, является бурное газообразование всех элементов, наступающее вслед за включением батареи на заряд.

Для аккумуляторных батарей типа СН дополнительно производят перезаряды после каждой доливки аккумуляторов.

Уравнительные заряды аккумуляторных батарей без элементных коммутаторов, работающих в режиме постоянного подзаряда, невозможны по той причине, что при этом напряжение на каждом элементе возрастает до 2,6-2,8 В. Для профилактики такие батареи 1 раз в 3 мес. подвергаются дозарядам. Они производятся без отключения нагрузки путем повышения напряжения до 2,3-2,35 В на элемент до достижения плотности электролита 1,2-1,21 г/см3 во всех элементах. Начальный ток заряда устанавливается не выше тока 10-часового режима разряда. Продолжительность дозаряда обычно не превышает 1-2 суток в зависимости от состояния аккумуляторов.

Для поддержания работоспособности концевых элементов в нормальном режиме работы батареи применяют схемы подзаряда этих элементов от самостоятельного источника тока или общего подзарядного агрегата. Схема включения подзарядного агрегата на всю батарею приведена на рис. 6. 6. В схеме концевые элементы шунтируют регулируемым балластным резистором, выбранным по току нагрузки батареи R=Uкон./ I нагр. , что обеспечивает поддержание напряжения 2,2±0,05 В на элемент. При уменьшении нагрузки сети персонал соответственно изменяет сопротивление резистора. Ток, проходящий через амперметр, должен быть равен нулю.

Неисправности аккумуляторов, осмотры и уход за аккумуляторными батареями. Основными неисправностями являются следующие:
ненормальная сульфатация пластин — образование крупных кристаллов сульфата, не растворяющихся при чрезмерно высокой плотности электролита и высокой температуре, при систематических глубоких разрядах и недостаточных зарядах большими токами и длительном нахождении батареи в разряженном состоянии. Если сульфатация не очень глубокая, то она устраняется проведением уравнительного заряда. При глубокой сульфатации необходим десульфатационный заряд;
короткое замыкание между пластинами разной полярности. Причинами могут быть замыкания пластин шламом, накопившимся на дне сосуда, коробление положительных пластин и губчатые наросты на отрицательных пластинах, разрушения сепарации. Признаками КЗ является низкое напряжение на элементе в конце заряда и низкая плотность электролита в сосуде, а также слабое газовыделение. Неисправность выявляется тщательным осмотром;
коробление пластин. Причинами коробления положительных пластин могут быть большие зарядные и разрядные токи, высокое напряжение подзаряда, короткое замыкание, низкий уровень электролита, наличие вредных примесей в электролите (солей железа, азотистых и хлористых соединений, марганца, меди). Вырезать и выправить положительные пластины удается, если они эксплуатировались не более 3 лет. Коробление отрицательных пластин обычно является результатом давления соседней покоробленной положительной пластины;
чрезмерное образование шлама. Выпадение небольшого количества шлама на дне сосуда — явление обычное и неизбежное. Однако большое количество коричневого шлама свидетельствует о слишком высоком напряжении подзаряда или излишних перезарядах. Шлам светло-серого цвета указывает на систематически допускаемую сульфатацию пластин или присутствие в электролите примесей, содержащих хлор.

Рис. 6.6. Принципиальная схема подзаряда концевых элементов батареи от общего подзарядного агрегата:
1 — основные элементы; 2 — концевые элементы; 3 — подзарядный агрегат; 4 — сопротивление нагрузки; R — регулируемый балластный резистор

Среди прочих неисправностей аккумуляторов могут быть названы неисправности сосудов, изношенность и хрупкость сепарации, загрязнение электролита и понижение его плотности.

Характерными неисправностями аккумуляторов СН являются сульфатация пластин и загрязнение электролита вредными примесями. Признаки сульфатации — понижение разрядного напряжения и снижение емкости элементов. Устраняется сульфатация проведением тренировочных разрядов.

Рис. 6.7. Упрощенная структурная схема выпрямительного зарядно-подзарядного агрегата ВАЗП-380/220-40/80:
SF — автоматический выключатель; L1, L2 — дроссели; SAC — переключатель режимов работы; Т1-Т4 — трансформаторы питания блоков управления и обратной связи; ТА, ТВ, ТС — трансформаторы каналов формирования импульсов управления соответственно фаз А, В, С;
R1-R4 — резисторы; PV1 — вольтметр цепи питания; РА2 и PV2 — амперметр и вольтметр цепи напряжения выхода

Помутнение или потемнение электролита указывает на его загрязнение. В этом случае производится химический анализ электролита. Если он подтвердит наличие вредных примесей, электролит заменяют.

На указанные неисправности аккумуляторов необходимо обращать внимание при осмотрах, которые проводятся по графику. При осмотрах проверяют так же:

— целость сосудов, состояние стеллажей и изоляции сосудов;

— защищенность контактных соединений и шинок от коррозии;

— положение покровных стекол, предотвращающих вынос электролита из сосуда пузырьками газа, образующимися при заряде аккумуляторов;

— уровень электролита в сосудах, который должен быть на 10-15 мм выше края пластин. При понижении уровня производится доливка, как правило, дистиллированной водой, а не электролитом. Частые доливки электролитом способствуют сульфатации пластин;

— напряжение на соединительных пластинах аккумулятора, плотность и температуру электролита каждого элемента. Измерения следует проводить не реже 1 раза в месяц. Результаты измерений записывают в журнал. Обращается внимание на отсутствие «отстающих элементов»;

— исправность вентиляции и отопления. Температура в помещении аккумуляторной батареи должна быть не ниже 10°С.

При обслуживании аккумуляторных батарей персонал обязан соблюдать правила техники безопасности , так как приходится иметь дело с опасными для человека материалами. Серная кислота при попадании на кожу вызывает ожоги, а при попадании в глаза поражает их. Поэтому все работы с кислотой (электролитом) должны производиться в специальных костюмах, резиновых фартуках, перчатках и защитных очках. При приготовлении электролита концентрированную серную кислоту следует вливать тонкой струей в воду и непрерывно размешивать раствор. В помещении аккумуляторной батареи должен постоянно находиться 5%-ный содовый раствор и сосуд с большим количеством чистой воды для удаления и нейтрализации кислоты, случайно попавшей на кожу.
Курение и применение открытого огня в аккумуляторных помещениях запрещается по избежание взрыва смеси водорода, выделяющегося при электролизе воды и кислоты, с воздухом.

Уровни свинца в крови и проблемы со здоровьем у работников свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в Бангладеш

Введение . Использование свинцово-кислотных аккумуляторов (LAB) в Бангладеш увеличилось в связи с резким ростом количества автомобилей. В результате производство LAB увеличивается. Большая часть свинца, используемого в этих отраслях, поступает из LAB. Работники лабораторных лабораторий подвергаются риску воздействия свинца и, следовательно, развития токсичности свинца. Цель . Целью этого исследования было измерить концентрацию свинца в крови и оценить масштабы проблем со здоровьем, связанных с токсичностью свинца, среди рабочих на производстве LAB. Методы . Поперечное исследование было проведено среди рабочих производственных предприятий LAB, расположенных в городе Дакка. Результат . Средний уровень свинца в крови (BLL) среди рабочих оказался высоким. Было обнаружено, что они страдают рядом заболеваний, связанных с отравлением свинцом. Распространенными заболеваниями были частая головная боль, онемение конечностей, колики, тошнота, тремор и полоска свинца на десне. Было также установлено, что высокий BLL связан с гипертонией и анемией у рабочих. Заключение . Высокий уровень BLL и заболевания, связанные с токсичностью свинца, были распространены среди рабочих производственных предприятий LAB, и это требует внимания, особенно с точки зрения профессиональной гигиены и безопасности.

1. Введение

Свинец признан загрязнителем окружающей среды и производственного загрязнения [1–3]. Свинцовая токсичность — одна из самых распространенных проблем в области гигиены труда и окружающей среды в мире. Взрослые в основном подвергаются воздействию свинца на своих рабочих местах в результате вдыхания содержащих свинец твердых частиц, несоблюдения правил личной гигиены и проглатывания загрязненных свинцом воды и продуктов питания, что также способствует воздействию [2–4].Уровень свинца в крови (BLL) 10 мкМ г / дл считался «уровнем беспокойства» у детей CDC [5]. Стандарты свинца Управления по безопасности и гигиене труда США (OSHA) требуют, чтобы рабочие были освобождены от воздействия свинца, когда их BLL равны или превышают 50 μ г / дл (строительная промышленность) или 60 μ г / дл (общие промышленность) и разрешить рабочим вернуться к работе только тогда, когда BLL ниже 40 μ г / дл [6, 7].

Свинец токсично действует практически на все системы органов организма [3, 4, 7–12].Анемия — классическое проявление токсичности свинца [4, 7–9, 13, 14]. Воздействие свинца снижает продолжительность жизни эритроцитов и подавляет биосинтез гема [4, 7, 8, 14]. «Линия отведения» на десне, часто связанная с абдоминальными коликами, тошнотой и рвотой, — частые желудочно-кишечные проявления [2, 4, 7, 9]. И у взрослых, и у детей развивается нейротоксичность, причем дети более восприимчивы [2, 4, 7–9]. Было обнаружено, что пониженный уровень интеллекта (IQ), медленная работоспособность, чрезмерный сон, а также боль и болезненность в мышцах увеличиваются с повышением уровня свинца в крови [2, 7, 11, 13, 15].Паралич разгибательных мышц с «провисанием запястья» или «голеностопного сустава» признан классическим клиническим проявлением нейротоксичности [2, 4, 8]. Хроническая нефропатия, которая может прогрессировать до почечной недостаточности, часто встречается у рабочих с уровнем свинца в крови выше 60 мкМ г / дл [2, 4, 7, 8, 12]. Длительное воздействие низкого уровня свинца было связано с повышением артериального давления [2, 4, 8, 16, 17].

В Бангладеш резко возросло использование свинцово-кислотных аккумуляторов из-за возросшего спроса в транспортном секторе [18, 19].Около 97% свинцово-кислотных аккумуляторов в Бангладеш производятся путем переработки аккумуляторов и металлолома. Свинец, извлеченный из старых аккумуляторов в процессе плавки сырой нефти, используется в качестве сырья для производства новых аккумуляторов. Этот рекуперированный свинец используется и впоследствии повторно используется несколько раз [18–20]. Согласно базовому исследованию Бангладешского бюро статистики (BBS), в Бангладеш насчитывается 12 207 предприятий по переработке / подзарядке аккумуляторов, и 34% этих предприятий находятся в Дакке.По всей стране 22 480 человек были заняты на предприятиях по подзарядке / переработке аккумуляторов, и около четверти (24,6%) из них — дети (5–17 лет) [21]. Здоровье рабочих на этих предприятиях по переработке / подзарядке аккумуляторов сильно пренебрегается; существует большая вероятность воздействия свинца на рабочих, и, следовательно, рабочие подвергаются риску отравления свинцом [19, 20]. В этом исследовании была предпринята попытка определить уровень свинца в крови и оценить масштабы проблем со здоровьем, связанных с токсичностью свинца, среди рабочих свинцово-кислотных аккумуляторов.

2. Методология

Это было перекрестное исследование, проведенное среди рабочих предприятий по производству свинцово-кислотных аккумуляторов, расположенных в городе Дакка. Большинство производств были небольшими. В качестве респондентов были выбраны рабочие, которые проработали в этих отраслях не менее одного года и дали согласие на участие в этом исследовании на основе информированного согласия. Таким образом, в качестве респондентов были включены в общей сложности 118 рабочих из 15 выбранных производств свинцово-кислотных аккумуляторов. Респонденты были опрошены и обследованы медицинским персоналом для получения информации о состоянии здоровья.Впоследствии, при соблюдении надлежащих мер предосторожности, у каждого респондента было взято 5 мл крови для оценки уровня свинца в крови и планового обследования. Собранные образцы были обработаны и сохранены для транспортировки в лабораторию для свинца и планового исследования. Для измерения уровня свинца в крови применялась методика стрипп-вольтамперометрии.

3. Результаты

Возраст респондентов колебался от 14 до 60 лет, а их средний возраст составлял годы. Среди них 58,5% респондентов были моложе 30 лет и несколько (6.8%) были старше 50 лет. Большинство (78,0%) респондентов имели образование до класса X и 18,9% не имели образования, и только 5,1% респондентов имели образование выше аттестата о высшем среднем образовании. Из 118 респондентов 48,3% курили. Рабочие, занимающиеся открытием и вскрытием, подкислением, ремонтом, изготовлением, продажей и другими работами, составили 20,3%, 32,2%, 11,7%, 14,4% и 21,2% респондентов. Стаж работы респондентов колеблется от 1 до 30 лет, при этом среднее количество лет работы составляет годы.Треть (33,9%) респондентов проработали в этих отраслях 5 и менее лет, и только 17,8% проработали более 15 лет. Смена рабочего времени составляла от 8 до 15 часов, и около 28,8% рабочих работали более 9 часов в день. Большинство (56,8%) респондентов не использовали средства индивидуальной защиты, в то время как 43,2% использовали некоторые виды средств индивидуальной защиты во время работы.

Средний уровень свинца в крови рабочих составил 65,25 ± 26,66 мк г / дл. В таблице 1 показано содержание свинца в крови респондентов по рабочим разделам.Было обнаружено, что у рабочих, участвующих в подкислении, высокий уровень свинца в крови (78,70 мкл г / дл), за ними следовали те, кто участвовал в процессе изготовления пластин (73,57 мк г / дл) и вскрытии и разрушении старых батарей (66,77 мкл). г / дл). С другой стороны, уровень свинца оказался меньше (39,70 мк г / дл) среди рабочих, не участвующих в процессе разрушения батарей или производственного процесса (администрация и персонал службы безопасности).

В таблице 2 показаны средние уровни свинца в крови респондентов по годам работы, продолжительности ежедневной смены, использованию СИЗ и личным привычкам. Средний уровень свинца в крови рабочих менялся в зависимости от продолжительности смены; рабочие, которые работали более 8 часов в день, имели статистически более высокий () средний уровень свинца в крови ( μ г / дл) по сравнению с рабочими (59,56 μ г / дл), которые работали до 8 часов.Было обнаружено, что у курильщиков был более высокий средний уровень свинца в крови (71,50 мкг / дл), чем у некурящих (59,35 мкг / дл), и разница была статистически значимой (). Рабочие, которые имели привычку регулярно мыться после завершения повседневной работы, имели значительно () более низкий уровень свинца в крови (55,97 μ г / дл) по сравнению с рабочими, которые не принимали ванну регулярно (69,66 μ г / дл).

В таблице 3 показаны заболевания, связанные с токсичностью свинца, которые развились у респондентов после того, как они работали в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов. У тех, кто страдает головной болью, онемением, коликами, тошнотой, тремором, выводной линией на десне, среднее значение BLL значительно () выше, чем у тех, у кого таких заболеваний не было.

Таблица 4 показывает Уровень гемоглобина (Hb) у респондентов колебался от 9.От 75 до 13,50 г / дл, а средний уровень Hb составлял 11,40 (± 0,747) г / дл. Из 118 исследованных образцов крови у 33 (28,0%) респондентов была обнаружена анемия, из них 49,1% имели микроцитарную анемию, 30,4% — нормоцитарную анемию и 21,1% — макроцитарную анемию. В трех образцах крови были обнаружены эритроциты с базофильной штриховкой. Таблица 4 показывает, что респонденты с более низким уровнем гемоглобина имели более высокое среднее значение BLL. Более того, у тех, кто страдает анемией, среднее значение BLL значительно () выше (), чем у тех, кто не страдает анемией ().

В таблице 5 показаны артериальное давление и средний уровень свинца в крови респондентов. Артериальное давление у рабочих было разделено на нормотензивное (диастолическое АД ≤ 90 мм рт. Ст. И систолическое АД <140 мм рт. Ст.) И гипертензивное (диастолическое АД> 90 мм рт. Ст. И систолическое АД ≥ 140 мм рт.Из общего числа респондентов 29,8% страдали гипертонией. Было обнаружено, что у рабочих, страдающих артериальной гипертензией, BLL значительно () выше ( μ г / дл), чем у тех, кто был с нормальным давлением ( μ г / дл).

Множественный регрессионный анализ (сначала метод ввода, а затем пошаговый метод) показал, что категория воздействия, продолжительность рабочей смены и регулярное купание в конце рабочего дня вместе могут объяснить 35.30% (таблица 6) дисперсии концентрации свинца в крови (). В окончательной модели статус воздействия имел сильную объяснительную способность и был продемонстрирован как хороший предиктор, и сам по себе он составлял 24,4% дисперсии концентрации свинца в крови (). Его изменение на одно стандартное отклонение при сохранении постоянной продолжительности рабочей смены и регулярного купания в конце рабочего дня приведет к изменению концентрации свинца в крови на 0,425 стандартного отклонения.

4. Обсуждение

Большинство предприятий по производству свинцово-кислотных аккумуляторов являются надомными и расположены в густонаселенных жилых районах старого города Дакка. Эти производства имели небольшие помещения; многие операции выполняются на открытом воздухе, а плавление для извлечения свинца из лома обычно проводится в небольших помещениях, в которых почти нет вытяжного вентилятора или дымохода.Рабочие отметили, что в рабочем помещении слишком жарко, и пожаловались на плохую вентиляцию и освещение. Они также отметили, что меньшая рабочая площадь и придорожное положение заводов заставляют их работать с трудом. Было обнаружено, что рабочие принимали пищу в одном рабочем помещении.

Респонденты в данном исследовании были в основном (60%) молодыми (до 30 лет). Около 19% рабочих были неграмотными, а еще 28% имели пятилетнее образование. Учитывая нынешний возраст рабочих и продолжительность их работы, большинство рабочих подвергались воздействию свинца с раннего возраста и продолжались в течение долгого времени.Хорошо известно, что дети наиболее уязвимы для свинца; они поглощают больше свинца, чем взрослые, и они более восприимчивы к развитию токсичности свинца, особенно неврологической токсичности, даже при низком уровне воздействия [2, 7, 8, 15].

Почти половина (48,3%) участников этого исследования были курильщиками, и было установлено, что они курили во время работы с зараженной рукой; они не мыли руки перед курением. С другой стороны, во время курения на рабочем месте сигарета загрязняется из-за оседания на ней содержащейся в воздухе свинцовой пыли и паров, а также из-за увеличения движения руки ко рту рабочие могут проглотить больше свинца из-за курения [22, 23 ].В этом текущем исследовании было обнаружено, что BLL на 12,22 мкл г / дл выше среди курильщиков по сравнению с таковым у некурящих (). Этот результат согласуется с результатами других исследований, которые показывают, что курение на рабочем месте в значительной степени связано с концентрацией свинца в крови, и обнаружено, что BLL выше среди курильщиков, чем среди некурящих [22–24].

У большинства респондентов были высокие значения BLL, а среднее значение BLL составило 65,25 мк г / дл; У 84% респондентов было обнаружено, что BLL> 40 μ г / дл, тогда как около 50% респондентов имели средние значения BLL 60 μ г / дл или более.Согласно OSHA, уровень свинца в крови должен быть ниже 40 мкл г / дл, а если он превышает 40 мк г / дл, работник должен быть уведомлен в письменной форме и пройти медицинское обследование [5, 6]. Кроме того, если у рабочих уровень свинца в крови составляет 60 мкл г / дл за один раз или уровень свинца в крови за последние 6 месяцев превышает 50 мкг г / дл, рабочий должен быть отстранен от работы и может быть освобожден от должности. помещен на работу с более низкой экспозицией. Рабочие могут вернуться к работе, если два последовательных уровня свинца в крови ниже 40 мкМ г / дл [6, 7].Таким образом, можно было предположить, что работники этих производств хронически подвергались воздействию свинца и подвергались риску отравления свинцом.

В этом исследовании более высокий BLL был обнаружен у рабочих, которые работают над вскрытием и разрушением старых свинцовых аккумуляторов, плавлением восстановленного свинца, литьем и формованием свинцовых пластин, обрезкой пластин, нанесением оксидов свинца на пластины и формованием, подкислением, и сборка нового аккумулятора. Рабочие этих участков подвергались высокому риску воздействия свинца из-за возможности прямого контакта со свинцом во время работы с восстановленным свинцом, изготовления и обрезки новых свинцовых пластин, оклейки оксидов свинца и чистовой обработки новой свинцовой батареи.Вдыхание свинца может также происходить с переносимыми по воздуху твердыми частицами свинца и с парами во время плавления с целью извлечения свинца [24–27]. Кроме того, воздействие свинца может происходить в результате проглатывания зараженной пищи и напитков, а также, в данном исследовании, когда рабочие брали еду и питье в помещении. У персонала, занимающегося администрированием и безопасностью, также было обнаружено некоторое количество свинца (39,70 μ г / дл) в крови, но это было значительно ниже, чем уровни, обнаруженные в крови рабочих, которые участвовали в переработке свинца из использованных батарей и производство аккумуляторов из восстановленного свинца.

В текущем исследовании, в зависимости от стажа работы, не было обнаружено значительных различий в уровне свинца в крови. Однако с увеличением дневной продолжительности рабочего дня (сменной работы) произошло значительное увеличение BLL. С другой стороны, после корректировки различных смешивающих переменных была обнаружена значимая связь между статусом воздействия и уровнем свинца в крови. Многофакторный регрессионный анализ показал, что категория воздействия имеет сильную объяснительную способность и была определена как надежный предиктор () для концентрации свинца в крови.Аналогичные результаты были получены в ходе индийского исследования свинца, где было упомянуто, что средний уровень свинца в крови был значительно выше в секции с высокой степенью воздействия по сравнению с секцией с низкой степенью воздействия на свинцовом заводе [27].

Хроническое воздействие свинца может вызвать токсичность, которая влияет на желудочно-кишечный тракт, кроветворную, нервную, почечную и репродуктивную системы и может вызывать различные заболевания [2–4, 7–13, 15]. В этом исследовании ряд проявлений, связанных с хронической токсичностью свинца, например, слабость (38.7%), частые головные боли (34,7%), боли в конечностях (34,5%), слабость конечностей (33,1%), утомляемость (27,7%) и онемение (25,7%) были преобладающими среди рабочих. Распространенность вышеперечисленных заболеваний была связана с высоким уровнем свинца в крови (более 60 мкл г / дл), а при ряде заболеваний уровень свинца в крови у рабочих был значительно высоким, например, частая головная боль (), онемение конечности (), колики (), тошнота (), тремор () и отводная линия на десне ().

Хроническая токсичность свинца влияет на кроветворную систему, а наличие анемии указывает на значительное повышение содержания свинца в крови в течение длительного периода времени [4, 7–9, 13, 14].Эта анемия возникает из-за нарушения синтеза гема и ускорения разрушения красной крови [4, 7, 8, 14]. Типы анемии, которые обычно возникают при токсичности свинца, — это нормоцитарная нормохромная и микроцитарная гипохромная анемия [4, 7, 14], и в этом исследовании также были обнаружены нормоцитарная, микроцитарная и макроцитарная анемии. Более того, было обнаружено, что средний BLL был значительно () высоким среди рабочих с анемией (81,83 μ г / дл) по сравнению с таковым у неанемичных (58,81 μ г / дл) рабочих.Помимо анемии, в трех случаях обнаружена также базофильная штриховка эритроцитов, что также свидетельствует о значительной интоксикации свинцом в течение длительного периода [4, 14].

Сообщалось, что длительное и высокое воздействие свинца, особенно на рабочем месте, вызывает повышение артериального давления [2, 4, 8, 16, 17]. Некоторые исследования показали, что длительное воздействие на окружающую среду и на рабочем месте даже при низком уровне свинца может быть связано с возникновением повышенного артериального давления [8, 28].Однако было обнаружено, что около 30% респондентов этого исследования страдали гипертонией, и гипертония наблюдалась среди тех, у кого был значительно () более высокий уровень свинца в крови ( μ г / дл).

5. Заключение

Свинец, используемый в производстве переработанных свинцово-кислотных аккумуляторов, получают из свинца, извлеченного из старых или использованных аккумуляторов. Процесс извлечения свинца является сырым и является наиболее вероятной причиной необычно высокого воздействия свинца. В настоящем исследовании очевидно, что у рабочих, занятых в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов, был высокий уровень свинца в крови.И выяснилось, что они страдают от многих болезней, связанных с отравлением свинцом. Кроме того, неблагоприятные условия труда, ненадлежащее использование СИЗ и продолжительная рабочая смена могут рассматриваться как влияющие факторы.

6. Рекомендации

Обращение со свинцом в различных процессах производства свинцово-кислотных аккумуляторов должно осуществляться таким образом, чтобы воздействие свинца на рабочих было минимальным. Рабочим должны быть обеспечены надлежащие условия труда, такие как достаточное рабочее пространство и надлежащая вентиляция.Следует принять меры для ограничения или контроля любого источника свинцовой пыли или паров путем применения надлежащих технических мер контроля на каждом этапе процесса производства свинцово-кислотных аккумуляторов. Чтобы ограничить воздействие, рабочих, которые долгие годы работали, можно было перевести в менее незащищенную часть. Рабочие должны быть осведомлены о необходимости принятия мер предосторожности при использовании СИЗ и соблюдении личной гигиены. Периодическая оценка уровня свинца в крови и изучение проявлений, связанных с токсичностью свинца, должны проводиться для раннего обнаружения, а также для профилактических мер.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Получение лидерства | Аргоннская национальная лаборатория

Литий-ионный аккумулятор питает все, от мобильных телефонов до ноутбуков и электромобилей. Ученые во всем мире постоянно ищут новые и улучшенные компоненты, чтобы создавать более совершенные батареи для этих и других приложений.

Ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) сообщают о новой конструкции электрода для литий-ионной батареи с использованием недорогих материалов, содержащих свинец, а также углерода.Среди авторов этого важного открытия также ученые из Северо-Западного университета, Брукхейвенской национальной лаборатории и Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST).

«Наш новый анод может предложить новый источник дохода для крупной промышленности, которая в настоящее время занимается производством и переработкой свинцово-кислотных аккумуляторов». — Ындж Ли, главный автор и специалист по материалам отдела химических наук и инженерии Аргонны

«Наши исследования имеют захватывающие последствия для разработки недорогих, высокопроизводительных и экологически безопасных литий-ионных аккумуляторов, которые могут питать гибридные и полностью электрические автомобили», — сказал Юндж Ли, главный автор и ученый-материаловед в Argonne’s Chemical Sciences and Engineering (CSE ) разделение.

Литий-ионные батареи

работают за счет введения ионов лития в анод во время заряда и их удаления во время разряда. Современные графитовые аноды могут работать в течение тысяч таких циклов заряда-разряда, но, похоже, достигли своего предела с точки зрения емкости хранения энергии.

«Мы решили изучить свинец как интересную альтернативу графиту в качестве материала анода», — сказал Ли. Свинец особенно привлекателен, потому что он недорогой и в изобилии. Кроме того, он имеет хорошо налаженную цепочку поставок благодаря долгой истории использования свинцово-кислотных аккумуляторов, обеспечивающих дополнительную энергию для автомобилей, и является одним из наиболее перерабатываемых материалов в мире.В настоящее время уровень переработки свинца в США составляет 99%.

«Наш новый анод может обеспечить новый поток доходов для крупной промышленности, которая в настоящее время занимается производством и переработкой свинцово-кислотных аккумуляторов», — добавил Ли.

Анод команды — это не простой кусок свинца, а бесчисленные микроскопические частицы со сложной структурой: наночастицы свинца, встроенные в углеродную матрицу и заключенные в тонкую оболочку из оксида свинца. Хотя эта структура кажется сложной, команда изобрела простой и недорогой метод ее изготовления.

«Наш метод включает в себя встряхивание в течение нескольких часов крупных частиц оксида свинца, смешанных с углеродным порошком, до тех пор, пока они не образуют микроскопические частицы с желаемой структурой ядро-оболочка», — пояснил Кристофер Джонсон, главный исследователь проекта и заслуженный научный сотрудник Аргоннского университета. Подразделение CSE.

Испытания в лабораторных элементах в течение более 100 циклов заряда-разряда показали, что новый нанокомпозитный анод на основе свинца обладает вдвое большей энергоемкостью, чем нынешние графитовые аноды (нормализованные для того же веса).Стабильная работа во время цикла была возможна, потому что небольшой размер частиц снимал напряжения, в то время как углеродная матрица обеспечивала необходимую электрическую проводимость и действовала как буфер против разрушающего объемного расширения во время цикла. Команда также обнаружила, что добавление небольшого количества фторэтиленкарбоната к стандартному электролиту значительно улучшает характеристики.

Исследователи исследовали механизм заряда-разряда своего анода в Центре перспективных источников излучения GeoSoilEnviro (GSECARS), управляемом Чикагским университетом, в аргоннском Advanced Photon Source, офисе научного центра Министерства энергетики США.С помощью синхротронной дифракции рентгеновских лучей они могли отслеживать изменения фаз материала анода во время его зарядки и разрядки. Эти результаты характеризации в сочетании с результатами, полученными в Центре атомных и наноразмерных характеристик Северо-Западного университета и Национальном источнике синхротронного света II, пользовательском центре Министерства энергетики в Брукхейвене, выявили ранее неизвестную электрохимическую реакцию между ионами свинца и лития, которая происходит при зарядке и разряде.

«Это фундаментальное понимание может оказаться важным для понимания механизма реакции не только свинцовых, но и кремниевых анодов», — сказал Ли.Кремниевый анод — еще один недорогой и высокопроизводительный кандидат для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения.

«Наше открытие бросает вызов современному пониманию этого типа электродного материала», — отметил Джонсон. «Наши результаты также обеспечивают захватывающие последствия для разработки недорогих, высокопроизводительных анодных материалов для транспортировки и стационарного хранения энергии, например, резервного питания для электрической сети».

Статья команды появилась в недавнем специальном выпуске Advanced Functional Materials, посвященном 98 году рождения Джона Б.Гуденаф, один из лауреатов Нобелевской премии по химии 2019 года за разработку литий-ионной батареи. Помимо Джонсона и Ли, аргоннскими авторами являются Джинхёп Хан, Сеунг-Бом Сон, Джихён Гим и Чи Чеунг Су. Другими авторами являются Джехи Парк (UNIST), Сон Мин Бак (Брукхейвен), Сезар Вилла (Северо-запад), Сяобин Ху (Северо-запад), Винаяк П. Дравид (Северо-запад) и Янгсик Ким (UNIST).

Исследовательская группа получила поддержку со стороны Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, Управления автомобильных технологий (исследование материалов для аккумуляторов).

Техническая сторона — Уход и питание герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов

У меня разрядился аккумулятор, что случилось?

Избыточный заряд аккумуляторов сокращает срок их службы. Как только материал пластины
полностью восстановлен (аккумулятор заряжен), продолжение зарядки может привести к
в избыточной выработке газа и уменьшении мощности. Когда свинцово-кислотный аккумулятор
полностью заряжен, продолжающаяся зарядка вызывает разрушение электролита
вниз и образуют водород и кислород. Это «кипение»
что мы видим при высокой скорости зарядки автомобильного аккумулятора около
конец отсрочки подзарядки.В этот момент происходят две плохие вещи: (1)
В аккумуляторе образуется взрывоопасная газовая смесь, а в случае
герметичный свинцово-кислотный аккумулятор , тепло и давление строятся. Если
давление становится достаточно большим, герметичные односторонние клапаны на аккумуляторе
откроет и сбросит избыточное давление газа и, возможно, жидкого электролита.
(2) В незапечатанной влажной батарее электролит испаряется или преобразуется
к водороду и кислороду и теряется, но может быть заменен. В необслуживаемом
или герметичный аккумулятор электролит утерян и не подлежит замене.Во всех свинцово-кислотных аккумуляторах потеря электролита означает потерю емкости.
и срок службы.

Предупреждение: ВСЕ свинцово-кислотные батареи могут выделять водород и
кислородные газы! Никогда не заряжайте свинцово-кислотные батареи в закрытых и
контейнер. Всегда свинцово-кислотные аккумуляторы заряжать при достаточной вентиляции
и избегайте замыкания или разрыва соединений на аккумуляторе, чтобы избежать электрического
разряд (искры, дуги или короткое замыкание). Подключите зарядное устройство к аккумулятору
перед включением или подключением зарядного устройства.Еще одно предостережение для
разряженные свинцово-кислотные аккумуляторы: помните, что электролит в этот момент
в основном вода и замерзает при более высокой температуре (от 15 до 20 градусов
F.), чем полностью заряженный аккумулятор.

Свинцово-кислотные аккумуляторы могут пострадать от состояния, называемого сульфатацией. Вести
сульфат обычно образуется при разряде аккумулятора и повторно превращается
как он перезаряжается (помните Battery Chemistry 101?). Если батарея осталась
длительное время в разряженном или частично заряженном состоянии или никогда не
полностью заряженный, сульфат свинца может затвердеть и сопротивляться обратному преобразованию
диоксид свинца и губчатый свинец.Это приводит к потере емкости, которая
может быть или не быть обратимым. Убедитесь, что аккумулятор полностью заряжен.
на большинстве циклов.

Герметичные свинцово-кислотные батареи обычно не переносят повторных глубоких погружений.
разряды. Аккумулятор на 12 В не должен разряжаться ниже 10,5
до 10,7 В (1,75 В на элемент X 6 элементов). Если аккумулятор полностью разряжен
разряжены, все реактивные материалы превращаются, и это может очень
трудно обратить вспять химическую реакцию. Некоторые батареи предназначены
с дисбалансом размера пластины и / или катализатором, чтобы помочь контролировать газообразование
и помощь в подзарядке глубокого цикла.

Закороченные ячейки вызваны физическим контактом между пластинами, обычно
вызванные отказом сепаратора, тепловым искажением или вибрацией и ударами. Открыть
ячейки могут быть вызваны потерей электролита, вибрацией или ударом
что вызывает поломку соединителя ячейки. Эти проблемы редко можно устранить.

Как и в случае никель-кадмиевых аккумуляторов, полное использование емкости аккумулятора и
полная зарядка — лучший способ сохранить полный запас энергии. если ты
подозреваю, что емкость аккумулятора уменьшилась, заряд / разряд / заряд
цикл с текущим мониторингом должен быть выполнен.Этот тест лучше всего выполнять
техником по ремонту, использующим оборудование, которое профилирует аккумулятор при зарядке
и разрядка. Тестовое оборудование может показать точное количество заряда
и ток разряда. При подключении к компьютеру создается график
кривые заряда и разряда с зависимостью тока и напряжения от времени.
Результат сравнивается с профилем для новой батареи и позволяет
чтобы решить, заменять ли аккумулятор.

В этих двух столбцах мы рассказали вам об основах аккумуляторных батарей.Представленные нами знания — это лишь небольшая часть информации.
доступны и, как и все предметы, предоставлены для интерпретации и личного
опыт.

Если у вас есть вопросы или вы хотите обсудить эту тему
далее, свяжитесь с нами по адресу The Technical Side 1562 Linda Way, Sparks, NV 89431,
по факсу (702) 359 6693 или по электронной почте [email protected].
Посетите наш веб-сайт http://www.ingenuityinc.com
© 1996 Ingenuity Inc.

Спасибо за посещение
INGENUITY INC.

© Copyright 1997 Ingenuity Inc.

Factbox: Основные факты об утилизации использованных свинцово-кислотных аккумуляторов

Мировая индустрия свинцово-кислотных аккумуляторов оценивается примерно в 65 миллиардов долларов в год, но при переработке использованных аккумуляторов этот процесс был признан самым загрязняющим в мире. читать далее

Согласно прогнозам главного аналитика Wood Mackenzie Фарида Ахмеда, стоимость свинцового металла на плавильных заводах, которые в основном перерабатывают использованные батареи, в 2021 году составит 17,5 млрд долларов.

Ниже приведены некоторые ключевые факты об этой отрасли:

ПОТЕНТНЫЙ НЕЙРОТОКСИН

Свинец является основным элементом, используемым в свинцово-кислотных аккумуляторах.

В настоящее время металл торгуется на Лондонской бирже металлов по цене около 2 000 долларов за тонну.

Экологические агентства Pure Earth и Green Cross Switzerland заявили, что переработка свинцовых аккумуляторов является самой загрязняющей отраслью в мире.

Свинец является сильнодействующим нейротоксином, особенно у детей, где даже незначительное воздействие связано со снижением показателей IQ, сокращением времени концентрации внимания и потенциально агрессивным и даже преступным поведением в более позднем возрасте, по данным Международного фонда помощи детям Организации Объединенных Наций. и отчет «Чистая Земля».

Уровни свинца в крови (BLL) более 5 микрограммов на децилитр (ugdl) крови считаются опасными Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) США.

Согласно отчету ЮНИСЕФ и Pure Earth, около 800 миллионов детей во всем мире имеют опасно высокий уровень тяжелого металла.

Их подверженность воздействию свинца включает вдыхание пыли и паров от неофициальных предприятий по переработке свинцово-кислотных аккумуляторов и заводов под открытым небом, употребление в пищу продуктов, загрязненных глиняной глазурью, и работу на свалках электронных отходов.

НЕОФИЦИАЛЬНЫЙ СЕКТОР

Согласно отчету ЮНИСЕФ «Чистая Земля», половина всех перерабатываемых свинцово-кислотных аккумуляторов в мире приходится на «неформальный» сектор.

В официальном документе, подготовленном Глобальным альянсом батарей в партнерстве со Всемирным экономическим форумом, говорится, что во всем мире существует от 10 000 до 30 000 неофициальных пунктов утилизации батарей.

Африка, Индия, Бангладеш, Индонезия относятся к регионам, пострадавшим от неформальной переработки, но не все операции там неформальные или с низкими стандартами, Директор по регуляторным вопросам Международной ведущей ассоциации д-р.Сказал Стив Бинкс.

В Китае, крупнейшем в мире рынке свинцово-кислотных аккумуляторов, большая часть использованных свинцово-кислотных аккумуляторов утилизируется неорганизованным образом, сказал Цзянбинь Мэн, директор по экономике и окружающей среде Португальского международного исследования свинца и цинка. Группа (ILZSG).

ПЕРЕРАБОТКА СВИНЦА

По данным Wood Mackenzie, в 2020 году было произведено около 12,4 миллиона тонн очищенного свинца, в том числе из первичных или добытых источников и вторичных источников.

Около двух третей очищенного свинца производится путем вторичной переработки.

По оценкам ILZSG, около 86% рафинированного свинца в мире используется в производстве свинцово-кислотных аккумуляторов.

КРУПНЕЙШИЙ СЕКТОР СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

По данным Международной ассоциации свинца, в стоимостном выражении около 60% свинцово-кислотных аккумуляторов используются в автомобилях.

Свинцово-кислотные батареи также используются в промышленном оборудовании, таком как вилочные погрузчики и краны, а также в центрах обработки данных и электровелосипедах.

ПОТРЕБЛЕНИЕ НЕФИЦИРОВАННОГО СВИНЦА ДЛЯ АККУМУЛЯТОРОВ

Китай был крупнейшим игроком на рынке с точки зрения потребления свинца для аккумуляторов, за ним следовали Европа и США.

Наши стандарты: принципы доверия Thomson Reuters.

Найдите разницу: литий-ионные и свинцово-кислотные батареи Электрические технологии

Нам доверяют, потому что он протестирован.

Что общего между мешками с песком, горами, дроном и съемочной группой? Ну, немного, за исключением того, что все они были важной частью усилий GILLIG и Cummins по демонстрации масштабов процесса тестирования и проверки аккумуляторного электрического автобуса GILLIG с питанием от Cummins.

С 2017 года, когда Cummins и GILLIG объявили о партнерстве для совместной работы над разработкой ведущей в отрасли полностью электрической трансмиссии, обе организации усердно работали над проектированием, тестированием и проверкой нашего предложения. Это нелегкий подвиг, но он помогает нам выделиться среди конкурентов. Продвигая новые технологии, мы делаем это с той же приверженностью качеству, которую ожидают клиенты. Но как?

Я не подвел.Я только что нашел 10 000 способов, которые не работают ». — Томас Эдисон

Тестирование и валидация

Критически важным элементом в разработке лучших в своем классе решений является стремление Cummins тестировать и проверять наши предложения на соответствие потребностям клиентов. Для нашей аккумуляторной электрической системы (BES) это означает проверку продуктов на уровне компонентов (например, собственные аккумуляторы Cummins BP74E), на уровне трансмиссии и даже в более широком смысле — работу с GILLIG для проверки производительности всей шины.

В конечном итоге, как и большинство студентов, сдающих тест, мы хотим его сдать. Но, как заметил Томас Эдисон, способность к инновациям не будет полной без мелких неудач на этом пути. Тестирование, а не успех, также имеет решающее значение для процесса. Неудачные тесты дают представление о текущих ограничениях продукта, так что конструкции могут быть скорректированы, а производительность оптимизирована для соответствия множеству различных сценариев, с которыми наши клиенты будут сталкиваться в своей повседневной работе. Мы бы подводили наших клиентов, если бы не несколько неудач.

Условия реального мира

GILLIG и Cummins также гордятся тем, что проверяют нашу продукцию в реальных условиях, а не только в идеальных условиях. С этой целью, что было недавно проиллюстрировано в ходе испытаний автобуса GILLIG на способность преодолевать подъемы, на автобусе были проведены различные тесты, поскольку он был загружен мешками с песком для имитации веса пассажиров. Трансмиссия, которая может работать эффективно, но может работать только в пустом состоянии, не представляет ценности для сообщества, стремящегося перевозить людей весь день, каждый день.

Точно так же мы тесно сотрудничаем с заказчиками, проводящими полевые испытания, чтобы усовершенствовать решения и предоставить проверенный и надежный продукт. Компания Big Blue Bus в Санта-Монике, которая получила первый автобус для полевых испытаний в июле 2019 года, стала важным партнером в предоставлении обратной связи с использованием реальных маршрутов и повседневных сценариев эксплуатации. Решающее значение имеет работа с уважаемыми клиентами и конечными пользователями для выявления возможностей, которые можно расширить. Сотрудничество и партнерство, которые обеспечивают заказчики, проводящие полевые испытания, позволяют нам создавать продукт, который будет соответствовать ожиданиям клиентов и превосходить их.К счастью, полевые испытания прошли хорошо, и в подтверждение этого компания Big Blue Bus объявила о закупке 18 дополнительных электрических автобусов.

Доверие: мы серьезно относимся к делу

Итак, в следующий раз, когда вы будете подниматься в гору или просто путешествуете по городу и увидите аккумуляторный электробус GILLIG с двигателем Cummins, будьте уверены, что он прошел обширный процесс испытаний для обеспечения безопасности и надежности. Наши клиенты и сообщества доверяют нам — и мы не относимся к этому легкомысленно.

Оптическая эмиссионная спектрометрия: Контроль качества в свинцово-кислотная батарея Mfg

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D ‘ИвуарХорватияКубаКипрЧешская РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЭгипетЭль-СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские острова (Мальвина) Фарерские островаФиджиФинляндияФермания Югославия Франция Франция Франция МакедонияГермания arGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-Марино Сан-Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U .S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара ЙеменЮгославия Замбия Зимбабве

Будущий спрос на материалы для автомобильных литиевых батарей

Обзор модели

Мы разрабатываем модель динамического анализа материальных потоков (MFA), которая является часто используемым подходом для анализа запасов и потоков материалов ⁴⁷ . Наша основанная на запасах модель MFA оценивает будущий спрос на материалы для аккумуляторов электромобилей, а также на материалы EoL, доступные для вторичной переработки. Он состоит из слоя электромобиля, слоя батареи и слоя материала и рассматривает ключевые технические и социально-экономические параметры на трех уровнях (дополнительный рис.1). Слой электромобилей моделирует будущее развитие парка электромобилей до 2050 года, а также требуемую емкость аккумулятора. Затем запас электромобилей определяет запас аккумуляторов, который, в свою очередь, определяет приток аккумуляторов и, учитывая их распределение по сроку службы (см. Дополнительный метод 1), отток аккумуляторов EoL (см. Дополнительный метод 2). Уровень батарей учитывает будущие разработки в области химии батарей и рыночные доли. Слой материала моделирует химический состав материалов батарей с использованием модели BatPaC ⁴⁸ .Судьба аккумуляторов EoL моделируется с учетом трех сценариев рециркуляции и сценария вторичного использования, которые определяют доступность материала для рециркуляции с обратной связью. Слои и параметры модели описаны ниже.

Сценарии парка электромобилей и требуемая емкость аккумулятора

Прогнозы развития парка электромобилей различаются, но в большинстве исследований прогнозируется существенное проникновение электромобилей на рынок легковых автомобилей (LDV) в будущем (дополнительный рисунок 2).Мы используем два сценария развития парка электромобилей МЭА до 2030 года: сценарий заявленной политики (STEP) и сценарий устойчивого развития (SD) ³ (и оцениваем годовой запас электромобилей на основе эквивалентных сценариев МЭА 2019 ⁴⁹ , см. Дополнительный рис.21). Затем мы экстраполируем проникновение электромобилей до 2050 года с использованием логистической модели (см. Дополнительные рисунки 22) ⁵⁰ на основе целевого проникновения электромобилей на рынок LDV в 2050 году, составляющего 25% в сценарии STEP и 50% в сценарии SD. (что соответствует другим прогнозам EV, как показано на дополнительном рис.2). Чтобы оценить будущий парк электромобилей до 2050 года, мы также предполагаем линейный рост глобального парка LDV с 503 миллионов автомобилей в 2019 году до 3,9 миллиарда автомобилей в 2050 году, что соответствует прогнозу Fuel Freedom Foundation ⁵¹ . Глобальных прогнозов будущего развития акций BEV и PHEV не было. Чтобы оценить будущие доли BEV и PHEV в запасе электромобилей, мы предположили, что глобальная доля BEV увеличивается таким же образом, как и доля BEV в США, прогнозируемая Управлением энергетической информации США ⁵² , но начиная с уровней 2030 года. Сценарии STEP и SD (т.е. с 66% в 2030 году до 71% в 2050 году в сценарии STEP и с 70% в 2030 году до 75% в 2050 году в сценарии SD, см. дополнительный рисунок 23).

Мы классифицируем модели электромобилей по трем рыночным сегментам (малые, средние и большие автомобили как для BEV, так и для PHEV) на основе классов размеров транспортных средств, используемых в Руководстве по экономии топлива Агентства по охране окружающей среды (см. Дополнительную таблицу 13) ⁵³ и собирать данные о мировых продажах каждой модели электромобиля из базы данных Marklines ⁵⁴ . Мы используем распределение совокупных продаж до 2019 года, чтобы представить доли рынка продаж электромобилей среди малых, средних и крупных сегментов (дополнительные рисунки 24 и 25).В результате мы получили 19, 48 и 34% для малых, средних и больших автомобилей для BEV и 23, 45 и 32% для PHEV. Мы предполагаем, что доля рынка продаж электромобилей останется неизменной; тем не менее, анализ чувствительности проводится для получения верхней и нижней границ требований к материалам, если все транспортные средства были с большим BEV или маленьким PHEV (см. анализ чувствительности).

Мы собираем данные о запасе хода, топливной экономичности и мощности двигателя каждой модели электромобиля из Центра данных Advanced Fuels Министерства энергетики США ⁵⁵ и рассчитываем средневзвешенный диапазон продаж, экономию топлива и мощность двигателя для трех рыночных сегментов как для BEV, так и для PHEV (дополнительные таблицы 1 и 2).Принимая 85% доступной емкости батареи для управления электромобилями на основе модели BatPaC ⁴⁸ , мы получаем 33, 66 и 100 кВтч для малых, средних и больших BEV (см. Дополнительную таблицу 2 для PHEV).

Было установлено, что продолжительность жизни легковых автомобилей в странах со средней продолжительностью жизни около 15 лет составляет от 9 до 23 лет. ⁵⁶ . Срок службы электромобиля зависит от поведения потребителей, технического срока службы (см. Следующий раздел) и других факторов. Здесь мы используем распределение Вейбулла ⁵⁷ для моделирования продолжительности жизни электромобиля, предполагая, что минимальная, максимальная и наиболее вероятная продолжительность жизни электромобилей составляет 1, 20 и 15 лет соответственно (см. Дополнительный рис.6). Мы не рассматриваем возможность восстановления аккумуляторов и их повторного использования с одного электромобиля на другой из-за снижения производительности, технической совместимости и принятия потребителями.

Сценарии химического состава аккумуляторов и рыночные доли

Хотя для снижения стоимости и повышения производительности были разработаны различные химические составы аккумуляторов для электромобилей, текущие основные планы развития аккумуляторов в США ⁵⁸ , ЕС ²⁵ , Германии ⁵⁹ и Китае ⁶⁰ сосредоточены на разработке катодного материала с учетом высокоэнергетического NCM (переход к низкому содержанию кобальта и высокого содержания никеля) и химии на основе NCA, которые, вероятно, станут следующим поколением LIB для электромобилей в следующем десятилетии, а также разработке материала анода с учетом добавления Si в графитовый анод.Это также отражено в коммерческой деятельности производителей аккумуляторов (например, LG Chem или CATL) ⁶¹ и прогнозах доли рынка до 2030 года компанией Avicenne Energy ¹⁷ , которые мы используем в этом исследовании. Мы предполагаем, что батареи NCM продолжат снижать содержание кобальта и увеличивать содержание никеля после 2030 года, и составляем сценарий NCX (где X представляет собой Al или Mn) до 2050 года (включая восемь химических составов, см. Дополнительную таблицу 14). В сценарии NCX мы предполагаем, что NCM955 (90% никеля, 5% кобальта, 5% марганца) будут введены в 2030 году ¹⁸ и постепенно заменят другие предыдущие химические продукты пропорционально, чтобы достичь рыночной доли в одну треть к 2050 году (т.е. предполагается, что рыночные доли батарей NCM111, NCM523, NCM622, NCM622-Graphite (Si), NCM811-Graphite (Si), NCA и LFP пропорционально уменьшатся после 2030 года, см. рис. 2b).

Будущие разработки в области химии аккумуляторов после 2030 года не определены, но возможный химический состав аккумуляторов, помимо аккумуляторов NCM и NCA, включает уже существующие аккумуляторы LFP ^21,62 , а также литий-металлические твердотельные аккумуляторы большой емкости, такие как Li -S и Li-Air ^23,25 . Поэтому мы включаем два дополнительных сценария «что, если» рядом со сценарием NCX: сценарий LFP и сценарий Li-S / Air.В сценарии LFP предполагается, что рыночная доля LFP-химии будет линейно увеличиваться с примерно 30% в 2019 году до 60% к 2030 году и останется на этом уровне до 2050 года (т. Е. Другие батареи потеряли долю рынка пропорционально по сравнению со сценарием NCX, см. Рис. 2б). В сценарии Li-S / Li-Air мы предполагаем, что Li-S и Li-Air батареи будут коммерчески доступны в 2030 году на основе коммерческих планов Li-S от OXIS Energy ⁶³ и Li-Air от Samsung Electronics ⁶⁴ , а затем они получат линейно увеличивающуюся долю рынка до 30% каждая (всего 60%) к 2040 году и сохранят эту долю до 2050 года (батареи NCA и NCM поставляют остальную часть рынка в исторических пропорциях, см.рис.2б).

На реальный срок службы аккумуляторов влияют дополнительные факторы, которые здесь не моделируются, такие как температура окружающей среды, глубина и скорость заряда и разряда, циклы движения ⁶⁵ . Мы используем технический срок службы аккумуляторов. До 2020 года мы предполагаем, что срок службы аккумуляторов, скорее всего, составит 8 лет (на основе гарантии на аккумуляторы производителей электромобилей) ⁶⁶ , что меньше срока службы электромобиля (дополнительная таблица 15). Мы предполагаем, что до 2020 г. уровень замены батарей для электромобилей будет составлять 50% (т.е. для одного электромобиля в среднем требуется 1,5 аккумуляторных блока). Программы исследования аккумуляторов в США ⁵⁸ , ЕС ²⁵ и Китае ⁶⁰ включают цели по увеличению срока службы аккумуляторов, поэтому мы предполагаем, что после 2020 года аккумуляторы будут иметь такое же распределение срока службы, что и электромобили, и не заменять их. требуются батареи (дополнительная таблица 16). Обратите внимание, что мы предполагаем более длительный срок службы батарей LFP (в среднем 20 лет) (дополнительный рис. 6), что приводит к более высокому потенциалу повторного использования, чем для других типов батарей.

Состав материала аккумулятора

Состав материала аккумулятора рассчитывается с использованием модели BatPaC версии 3.1 ⁴⁸ в зависимости от 2 типов электромобилей (BEV или PHEV), трех рыночных сегментов электромобилей (малого, среднего и большие автомобили) и 8 химических составов аккумуляторов (LFP, NCA, NCM11, NCM523, NCM622, NCM622-Графит (Si), NCM811-Графит (Si), NCM955-Графит (Si)), что дает 48 уникальных химических составов аккумуляторов. Входные параметры включают в себя диапазон электромобилей, экономию топлива и мощность двигателя, которые определяют требуемую мощность каждого типа электромобиля и сегмента рынка (дополнительные таблицы 1 и 2), а также химический состав батареи и другие параметры (например, конструкцию аккумуляторных модулей и элементов питания). компоненты), для которых мы используем значения по умолчанию в модели BatPaC.Чтобы рассчитать химический состав материалов батарей, которых нет в BatPaC (например, NCM523, NCM622-Graphite (Si), NCM811-Graphite (Si), NCM955-Graphite (Si)), мы используем наиболее подходящий химический состав батарей в BatPaC. в качестве основы, а затем адаптировать технические параметры, такие как содержание Ni, Co, Mn в активном материале положительной полярности и содержание Si и графита в активном материале отрицательной полярности, по стехиометрии, а также емкости активного материала (дополнительные таблицы 17–19) и напряжение холостого хода (см. дополнительную таблицу 20 и примечание 1).

Для химического состава Li-S и Li-Air мы выполнили обзор литературы по удельной энергии и составу материалов Li-S и Li-Air элементов (дополнительные таблицы 21 и 22), а затем масштабировали их линейно для соответствия требуемой батарее. мощности для каждого типа электромобиля и сегмента рынка (дополнительное примечание 2). Предполагается, что компоненты упаковки Li-S и Li-Air основаны на конфигурациях упаковки химии NCA (то есть одинаковое весовое соотношение между компонентами ячейки и компонентами упаковки). В дополнительной таблице 23 показаны составы материалов, использованные в этой статье.

Сценарии утилизации

Утилизация батарей EoL обеспечивает вторичный запас материалов. Здесь мы предполагаем 100% уровень сбора и исследуем влияние эффективности рециркуляции трех сценариев рециркуляции (см. Дополнительную таблицу 24) на спрос на первичные материалы, включая количество рекуперированных материалов и некоторое обсуждение качества рециркулируемых материалов. Потребность в первичных материалах при отсутствии сбора и переработки батарей EoL учитывается сценарием «без рециркуляции» (рис.4). В настоящее время коммерциализированные технологии переработки включают пирометаллургическую (пиро) и гидрометаллургическую (гидро) переработку. Прямой рециклинг находится в стадии разработки для катодно-катодного рециклинга. Для аккумуляторов NCX и LFP, пиро-, гидро- и прямая переработка предполагается в трех сценариях переработки, соответственно, в то время как механическая переработка предполагается для Li-S и Li-Air аккумуляторов во всех трех сценариях. Технологии переработки различаются переработанными материалами, химическими формами, эффективностью рекуперации и экономическими перспективами ^46,67,68 (рис.5).

Рассматриваемый нами сценарий пирометаллургической переработки представляет собой гибридный процесс пирометаллургии и гидроэнергетики. После подачи разобранных аккумуляторных модулей и / или ячеек в плавильную печь графит сгорает, алюминий и литий попадают в шлак, а никель, кобальт и медь — в штейн. После выщелачивания штейна ион меди извлекается в виде металлической меди путем электровыделения, а ионы никеля и кобальта извлекаются в виде соединений никеля и кобальта аккумуляторного качества путем экстракции или осаждения растворителем.Литий в шлаке можно рафинировать для получения соединений лития, пригодных для аккумуляторных батарей, но это экономично только при высокой цене на литий и масштабной переработке. Технически алюминий из шлака также может быть извлечен, но это неэкономично и не рассматривается компаниями по переработке пиролиза (шлак может использоваться, например, в качестве заполнителя в строительном материале).

Сценарий гидрометаллургической переработки начинается с измельчения разобранных модулей и / или ячеек. Затем измельченный материал проходит ряд этапов физического разделения для сортировки материалов на катодный порошок, анодный порошок и смешанные обрезки алюминия и меди.В зависимости от цен на металлолом смешанный алюминиевый и медный лом может быть разделен на алюминиевый и медный лом. Медные отходы можно снова включить в цепочку поставок аккумуляторов с минимальной обработкой (например, переплавкой). Рециркуляция алюминия по замкнутому циклу является более сложной задачей, поскольку восстановленные алюминиевые отходы представляют собой смесь различных алюминиевых сплавов (например, из токоприемника и корпуса), и поэтому Al, как правило, подвергается вторичной переработке. Рециркуляция алюминия с замкнутым циклом потребует отделения алюминиевого сплава до или во время процесса рециркуляции, что может быть или не быть экономичным ⁶⁹ .Катодный порошок впоследствии выщелачивают кислотой, при этом никель, кобальт и марганец выщелачиваются в виде ионов и восстанавливаются в виде соединений аккумуляторного качества после экстракции растворителем и осаждения. Литий попадает в твердые отходы, которые также можно использовать в качестве строительных материалов. Как и в случае рециркуляции пиролиза, литий из твердых отходов может быть регенерирован в виде соединения, пригодного для использования в батареях, но экономическая целесообразность зависит от цены на литий. Порошок анода, извлеченный с помощью гидросистемы, который может быть смесью графита и кремния, не является аккумуляторным.Хотя их можно улучшить до аккумуляторных, в настоящее время их экономическая жизнеспособность неясна.

Сценарий прямого рециклинга такой же, как и для гидроэнергетики, за исключением рециркуляции катодного порошка. В прямом процессе катодный порошок восстанавливается, а затем регенерируется путем взаимодействия с источником лития (повторное литиирование и модернизация). Таким образом, литий, никель, кобальт и марганец восстанавливаются как одно соединение, пригодное для использования в батареях. Поскольку рафинирование лития здесь не требуется, как в случае пиро- и гидро-, извлечение лития в прямом процессе является экономичным, по крайней мере, с точки зрения лабораторного масштаба.

Эффективность извлечения материала для пиро-, гидро- и прямого извлечения материала взята из модели EverBatt ⁶⁷ , разработанной в Аргоннской национальной лаборатории (дополнительная таблица 24). Что касается механической переработки Li-S и Li-Air батарей, мы предполагаем, что в процессе извлекается только металлический литий. Предполагается, что эффективность извлечения металлического лития составляет 90%, и извлечение считается экономичным из-за относительно простого процесса и высокой стоимости извлеченного металлического лития.

Сценарии повторного использования / использования

Аккумуляторы EoL EV могут повторно использоваться для менее требовательных приложений (неавтомобильных), таких как стационарные накопители энергии, так как они часто имеют остаточную емкость около 70–80% от их первоначальной емкость ^70,71 . Существуют технические препятствия (например, производительность перепрофилированных батарей) и экономическая неопределенность (стоимость перепрофилирования, включая разборку, тестирование и переупаковку), которые зависят от химического состава батареи, состояния здоровья и предполагаемого применения вторичного использования ^{72 , 73} .Здесь мы различаем частоту повторного использования LFP и других химикатов из-за длительного срока службы ²⁰ и снижения вероятности каскадного отказа LFP ⁷⁴ . Предполагается, что батареи LFP имеют 100% вторичное использование. По остальным химическим составам аккумуляторов мы предполагаем, что коэффициент повторного использования составит 50% до 2020 г., а в течение 2020–2050 гг. Вырастет до 75% из-за увеличения технического срока службы аккумуляторов электромобилей (см. Дополнительную таблицу 6). Приложения для вторичного использования варьируются от домашнего использования до интеграции в систему электроснабжения, в результате чего срок службы вторичного использования варьируется от 6 до 30 лет ⁷⁵ .Мы предполагаем, что типичный срок службы ⁷¹ повторного использования составляет 10 лет, чтобы изучить влияние повторного использования на доступность материалов для вторичной переработки. Обратите внимание, что второе использование предполагает 100% повторное использование аккумуляторных модулей, в то время как компоненты пакета подлежат переработке напрямую.

Анализ чувствительности

Влияние важных факторов, таких как размер парка электромобилей и химический состав аккумуляторов, исследуется в специальных сценариях. Кроме того, мы проводим анализ чувствительности для (а) срока службы батареи, (б) требуемой емкости батареи на автомобиль, (в) проникновения на рынок химического состава аккумуляторов, не содержащих кобальта и никель, и (г) будущей удельной энергии литий-ионных аккумуляторов. Химический состав S и Li-Air (для которых были приняты консервативные числа).

1. а)

   Срок службы батареи имеет важное значение для количества батарей, необходимых для электромобилей. Мы проводим анализ чувствительности влияния меньшего срока службы батарей на спрос на материалы для батарей, предполагая, что также после 2020 года одному электромобилю потребуется в среднем 1,5 батареи (результаты на дополнительном рисунке 20).

2. (б)

   Будущие рыночные доли BEV и PHEV, а также емкость аккумуляторных батарей для электромобилей также являются ключевыми для определения количества требуемых материалов. Хотя емкость аккумулятора определяется многими факторами, такими как диапазон электромобилей, экономия топлива и конфигурации трансмиссии, мы проводим анализ чувствительности в двух экстремальных ситуациях: 100% BEV с мощностью 110 кВтч (большие внедорожники, такие как Tesla Model S Long Range Plus ³⁷ состав материалов см. в дополнительной таблице 25) и 100% PHEV мощностью 10 кВтч (состав материалов см. в дополнительной таблице 26), чтобы изучить границы будущего спроса на материалы (см. соответствующие совокупные потребности в материалах на рис.4 и Дополнительный Рис. 11, см. Годовые результаты на Дополнительном Рис. 10).

3. (c)

   Аналогичным образом, мы также исследуем влияние 100% доли рынка LFP в сценарии LFP и 100% доли рынка Li-S и Li-Air в сценарии Li-S / Air (см. Дополнительный рисунок 17 и связанные с ним требования к материалам). на дополнительных рисунках 18 и 19 соответственно).

4. (г)

   Улучшение характеристик материалов в химическом составе аккумуляторов, особенно удельной энергии (запасенной энергии на вес), может значительно снизить потребность в материалах.

   Share :

   Leave a Reply Cancel Reply

   Your email address will not be published.Required fields are marked *

   Comment

   Name*

   Email*

   Website