Какие основные компоненты входят в состав автомобильного аккумулятора. Как устроена и работает аккумуляторная батарея. Какие бывают типы и характеристики современных АКБ. Из каких материалов изготавливают аккумуляторы.
Основные компоненты автомобильного аккумулятора
Автомобильный аккумулятор (АКБ) состоит из нескольких ключевых элементов:
- Корпус и крышка
- Электроды (пластины)
- Отрицательные пластины (анод)
- Положительные пластины (катод)
- Электролит
- Сепараторы
- Токовыводящие клеммы
Рассмотрим каждый компонент подробнее.
Корпус и крышка аккумулятора
Корпус и крышка АКБ обычно изготавливаются из прочного пластика — полипропилена. Этот материал обладает рядом важных свойств:
- Высокая прочность
- Устойчивость к воздействию кислот
- Сохранение характеристик при температурах от -30°C до +60°C
В современных аккумуляторах корпус оснащен системой отвода газов, образующихся при зарядке. Это может быть клапанная система или лабиринтная вентиляция с конденсацией кислотных паров.

Электроды (пластины) аккумулятора
В аккумуляторе имеются два типа пластин — отрицательные (анод) и положительные (катод).
Отрицательные пластины (анод)
Анод изготавливается из:
- Губчатого свинца
- Сплава свинца с сурьмой
- Сплава свинца с небольшим количеством кальция (в современных АКБ)
Добавление примесей позволяет замедлить саморазряд аккумулятора. Использование чистого свинца увеличивает мощность и пусковой ток.
Положительные пластины (катод)
Катод обычно имеет пористую структуру и изготавливается из:
- Свинца с добавками олова
- Свинца с добавками тантала
- Свинца с добавками серебра
Эти присадки повышают устойчивость к коррозии. В производстве катодов применяются различные технологии, например:
- Power Frame — с внутренними направляющими элементами
- Power Pass — с вертикальными направляющими
- Chess Plate — с жилками электродов в шахматном порядке
Принцип работы автомобильного аккумулятора
Работа аккумулятора основана на электрохимических процессах. Внутри АКБ постоянно протекает химическая реакция:

- При зарядке химическая энергия преобразуется в электрическую
- При разрядке электрическая энергия преобразуется обратно в химическую
Рассмотрим основные химические процессы, происходящие при разряде аккумулятора:
- На аноде окисляется свинец, на катоде восстанавливается его диоксид
- Оба электрода вступают в реакцию с серной кислотой, образуя сульфат свинца
- Серная кислота выделяет водород, который взаимодействует с кислородом катода
- В результате реакции газов образуется вода, снижающая плотность электролита
При зарядке аккумулятора процессы протекают в обратном порядке — серная кислота в электролите восстанавливается, повышая его плотность.
Типы современных автомобильных аккумуляторов
На рынке представлено несколько основных типов АКБ:
Классические АКБ с жидким электролитом
Особенности:
- Требуют периодического обслуживания
- Необходимо проверять уровень и плотность электролита
- Срок службы около 5 лет
- Низкая стоимость и простота эксплуатации
EFB аккумуляторы
Характеристики:
- Используется связанный кислотный электролит
- Пластины обернуты стекловолокном
- Увеличенная емкость без изменения габаритов
- Практически не требуют обслуживания
AGM аккумуляторы
Особенности конструкции:

- Герметичный корпус с клапанами для отвода газов
- Применение стекловолокна замедляет образование сульфатов
- Устойчивы к глубоким разрядам
- Срок службы до 10 лет
Ключевые характеристики автомобильных аккумуляторов
При выборе АКБ учитывают следующие основные параметры:
Пусковой ток
Это ток, возникающий при запуске двигателя. Измеряется в амперах при температуре -18°C в течение 30 секунд после включения стартера. Чем выше пусковой ток, тем эффективнее запуск в мороз.
Емкость аккумулятора
Определяет время, в течение которого АКБ может подавать энергию на подключенные устройства. Это основной параметр при выборе аккумулятора, который указывается на корпусе и упаковке.
Полярность
Существует два варианта расположения клемм:
- Прямая полярность: «+» справа, «-» слева (часто в отечественных авто)
- Обратная полярность: «-» слева, «+» справа (чаще в иномарках)
Тип корпуса
Различают несколько стандартов корпусов АКБ:
- Европейский
- Азиатский
- Американский
- Российский (обозначается буквами А, З, Э, Т, М, П)
Материалы для производства автомобильных аккумуляторов
Для изготовления современных АКБ используются различные материалы:

Свинец и его сплавы
Применяется для изготовления электродов. Основные производители:
- Китай
- Австралия
- США
- Мексика
Серная кислота
Используется в качестве электролита. Крупнейшие производители:
- Китай
- США
- Марокко
- Россия
Полипропилен
Применяется для изготовления корпуса. Основные страны-производители:
- Китай
- США
- Южная Корея
- Япония
Перспективы развития автомобильных аккумуляторов
Современные тенденции в разработке АКБ включают:
- Увеличение удельной емкости
- Повышение безопасности и экологичности
- Снижение веса аккумуляторов
- Разработку быстрозаряжаемых батарей
- Создание АКБ для электромобилей с большим запасом хода
Ведутся исследования по применению новых материалов, таких как графен, для создания более эффективных аккумуляторов будущего.
Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности
- Все статьи
- Как устроен автомобильный аккумулятор — типы современных АКБ, принцип их работы, конструктивные особенности
Автомобильный аккумулятор выполняет три функции. Основанная функция АКБ – это запуск двигателя. Также, батарея питает бортовые электрические устройства – при неработающем двигателе. Вторая важная функция – возможность аварийного питания, источником которого аккумулятор выступает в случае поломки генератора. Третья функция – это достижение баланса напряжения, которое поступает от генератора. Эта функция характерна для инжекторных двигателей.
Устройство аккумулятора автомобиля существенно не меняется уже много десятилетий. Хотя развитие технологий и появление новых материалов более высокого качества способствует более надежной конструкции и работе АКБ.
Основу работы аккумулятора составляет принцип возникновения разности потенциалов – то есть, напряжения. Оно возникает между пластинами, которые погружены в раствор электролита.
АКБ – устройство, которое, в зависимости от типа и производителя, имеет определенные конструктивно-технологические различия. Но общий принцип – одинаков: все аккумуляторные батареи содержат электроды, разделенные сепараторами, и помещенные в пространство, заполненное электролитом.
Корпус
Корпус аккумулятора состоит из двух частей: основной глубокой емкости и закрывающей крышки. Она может быть оснащена горловинами с пробками или системой, при помощи которой стабилизируется давление внутри батареи, и отводится образующийся газ. Конструкция корпуса зависит от типа АКБ.
Сам корпус изготовлен из материала, к которому предъявляются большие требования прочности и безопасности. Он должен быть устойчив к воздействию агрессивных химических реагентов, переносить колебания температуры и сильную вибрацию.
Внутренние отсеки
Стандартное устройство аккумуляторной батареи представляет собой контейнер, состоящий из шести секций (или, как их называют, «банок»). Каждая секция – это отдельный источник питания. Она вырабатывает порядка 2 – 2,1 В. Стандартная АКБ рассчитана на 12 В.
В каждой из ячеек находится набор (или пакет) из отдельных пластин с чередующейся полярностью. То есть, одна пластина положительная, другая отрицательная. Причем, пластины отделены друг от друга. Пластины сделаны из свинца и имеют решетчатую структуру в виде прямоугольных сот. Это облегчает нанесение них активной массы – основного рабочего реагента.
Пластины
Для увеличения прочности пластин в них добавляют сурьму. У этой технологии есть и свои недостатки: присутствие сурьмы способствует выкипанию воды из электролита. Это – основная причина, по которой практически во все типы АКБ необходимо доливать воду. Но технологии не стоят на месте. Устройство автомобильных аккумуляторов совершенствуется. Количество сурьмы в свинцовых пластинах значительно уменьшилось, благодаря чему появились малообслуживаемые и гибридные аккумуляторы.
На положительный электрод наносится двуокись свинца, на отрицательный – губчатый свинец. Внутрь заливается электролит, который является водным раствором серной кислоты.
Каждая чередующаяся пластина является электродом, имеющим противоположную полярность. Таким образом, с целью предотвращения замыкания, между каждой парой пластин располагается сепаратор. Он изготовлен из пористого пластика и не создает препятствий для циркуляции электролита внутри ячейки.
Пластин с отрицательной полярностью больше на 1 единицу, так как каждая пластина с положительным зарядом помещена между двумя отрицательными (минусовыми).
Пакет с пластинами надежно фиксируется, чтобы предотвратить смещение и деформацию. Фиксация осуществляется при помощи специального бандажа. Токовыводы пластин (плюсовые и минусовые) объединены в пары. Концентрация энергии происходит при помощи токосборников – на выводные борны аккумулятора. К ним токоприемные клеммы.
Устройство АКБ обеспечивает максимальную надежность. Современные аккумуляторы – это качественные устройства, выступающие источниками питания даже для самых мощных автомобилей.
Виды современных аккумуляторов
Современные АКБ подразделяются на два основных вида: классические и необслуживаемые. Классические существуют уже больше ста лет и описаны выше. Необслуживаемые аккумуляторные батареи были созданы всего несколько десятилетий назад. Они эффективно работают в любом, даже перевернутом, положении. Вместо жидкого электролита в них применяется гелиевый, или адсорбированный сепараторами. Устройство автомобильного аккумулятора, который является необслуживаемым, подразумевает максимальную герметичность. Для отвода газов, которые выделяются при заряде и разряде, предусмотрен специальный клапан.
Главное различие необслуживаемых АКБ от классических – в более низких разрядных и зарядных токах. Причина – в конструкции необслуживаемых батарей. При больших токах классическая АКБ активно выделяет газ и «закипает». У необслуживаемых и герметизированных батарей этого нет.
Из чего состоит автомобильный аккумулятор
АКБ – это источник электричества, предназначенный для накопления и последующей передачи энергии. Является ключевым элементом в современном транспортном средстве. Аккумулятор обеспечивает питание бортовых устройств, когда не работает генератор. Основной задачей считается запуск двигателя.
Установка батареи осуществляется в подкапотном пространстве. Схема внешнего крепления используется для грузовых автомобилей. Поскольку для работы устройства применяется высокоактивная кислота, обеспечивается высокий уровень защиты. При обслуживании аккумулятора важно соблюдать многочисленные правила безопасности.
Устройство АКБ
Внутренняя конструкция практически не изменялась на протяжении последнего столетия. Если рассматривать стандартную современную батарею, то она представляет собой шесть аккумуляторов меньшего размера в одном корпусе. Данные элементы получили название банок. Каждая из них находится в отдельном отсеке и соединяется с другими перемычками из свинца. Используется последовательная схема подключения. Система обеспечивает напряжение на уровне 12,6 – 13,2 В. Подробнее остановимся на том, из чего состоит АКБ.
Корпус и крышка
Чаще всего для изготовления данных частей конструкции используется полипропилен. Пластик обладает высокой прочностью и устойчив к воздействию кислотного состава. Дополнительными преимуществами считается сохранение свойств в широком диапазоне температур (от -30 до 60°С). Поскольку в ходе зарядки образуется незначительное количество газов, корпус обладает системой отвода за счет клапанов. Более современный подход предусматривает систему лабиринтной вентиляции (методом конденсации кислотных паров).
Отрицательная пластина
Получила название анод, изготавливается из губчатого свинца или его сплава с сурьмой. Добавление примесей способствует замедлению разрядки. Сейчас получают распространение аккумуляторы, где пластины содержат незначительный объем кальция. Это позволило увеличить емкость почти на 70%. Использование чистого свинца имеет свои преимущества. Сюда следует отнести повышение мощности и пускового тока.
Положительная пластина
Называется катод и, чаще всего, обладает пористой структурой. Здесь к свинцу добавляют олово, тантал или серебро. Указанные присадки способствуют увеличению стойкости к коррозии. В процессе производства катодов применяются следующие технологии:
-
Power Frame. Используются внутренние направляющие элементы и рама опорного типа, что увеличивает надежность конструкции. Метод считается наиболее продвинутым.
-
Power Pass. Устанавливаются вертикальные направляющие – это упрощает конструкцию и снижает стоимость.
-
Chess Plate. Жилки электродов расположены в шахматном порядке.
Чтобы повысить площадь поверхности, которая взаимодействует с кислотным составом, на решетку пластин наносится активная масса или специальная обмазка.
Электролит
В большинстве случаев, это раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Ключевой характеристикой является плотность состава. Она увеличивается при полном заряде батареи и снижается в момент разрядки. Существуют составы с повышенным показателем плотности, которые предназначаются для эксплуатации в условиях низких температур. Чтобы электролит со временем не густел, используются разнообразные присадки.
Сепараторы
Элементы из нейтральных типов пластика, которые разделяют пластины анода и катода. Если электроды замкнутся, это приведет к неисправности всего аккумулятора. Для изготовления сепараторов применяется эбонит и ревертекс. На современных моделях используется микроволокно. Такие разделители можно сделать тоньше и прочнее.
Как работает батарея
Принцип функционирования основывается на химических взаимодействиях. Внутри аккумулятора постоянно протекает реакция. Во время заряда химическая энергия преобразуется в электрическую, а при разряде происходит обратный процесс.
Формула реакции представлена ниже.
Постараемся подробнее разобраться в химических процессах при разряде:
-
На аноде происходит окисление свинца, а на катоде восстановление его диоксида.
-
Оба электрода вступают в реакцию с составом серной кислоты. Ее результатом становится образование сульфата свинца.
-
Серная кислота выделяет водород. Данный газ взаимодействует с кислородом, который образуется на катоде.
-
Реакция газов приводит к появлению воды.
Она взаимодействует с серной кислотой, что уменьшает показатель плотности электролита.
Когда происходит зарядка, процесс выполняется в обратном порядке. Серная кислота в электролите восстанавливается, плотность состава повышается.
Здесь же вырисовывается главная проблема системы. Если допустить слишком глубокую разрядку, процесс станет необратимым. Внутри аккумуляторной батареи останутся только сульфат свинца и вода. Реакция не сможет начаться заново.
Виды аккумуляторов
Общая схема работы АКБ остается неизменной. Несмотря на это, имеется большое количество особенностей в конструкции, типе электролита и других моментах. Перечислим главные виды батарей для авто.
-
АКБ с жидким электролитом. В процессе работы требуют периодического обслуживания. Необходимо проверять уровень состава и его плотность, а также следить за емкостью устройства. Срок службы составляет около 5 лет.
Несмотря на ряд недостатков, низкая стоимость и простота эксплуатации делают их самыми востребованными в наши дни.
-
EFB. Используется кислотный электролит в связанном состоянии. Свинцовые пластины «завернуты» в стекловолокно. Поскольку этот материал впитывает электролит, площадь реакции увеличивается. Удается повысить емкость и другие параметры, без изменения габаритов самого устройства. По сравнению с предыдущей моделью, стоимость не сильно возрастает. В процессе использования почти не требуется проводить обслуживание.
-
AGM. Изготавливается герметичный корпус, в котором расположены клапаны для отвода излишков газа. Применение стекловолокна замедляет процесс образования сульфидов. Особенности конструкции делают АКБ нечувствительным к полной разрядке. Главным преимуществом считается срок службы до 10 лет. Нужно учитывать высокую стоимость устройств данного класса.
-
Электролит представляет собой желе особого состава.
Еще одним нововведением считается возможность устранить сепараторы. В качестве разделителя пластин используется сам электролит. Это многократно увеличивает срок службы. Переворачивание больше не является серьезной проблемой, а снижение емкости замедленно. Стоимость в несколько раз превышает цену обычных моделей.
Следует понимать, что существуют и другие способы классификации АКБ.
Характеристики аккумуляторов
Существует большое количество параметров, на основании которых осуществляется выбор устройства. Рассмотрим подробнее основные характеристики.
Пусковой ток
Возникает в момент поворота ключа зажигания и измеряется в Амперах. Измерение проводится в стартере машины. Значение определяется при температуре -18 °С, на протяжении 30 секунд с момента включения мотора. Чем выше пусковой ток, тем эффективнее происходит запуск транспортного средства в мороз.
Емкость
Основной параметр, который определяет время подачи энергии на подключенные устройства. Поскольку именно этот критерий является главным при выборе, он указывается на самом устройстве и упаковке. Следует учитывать, что емкость не полностью определяет энергию АКБ. Чем больше напряжение, тем выше уровень накопленной энергии.
Полярность
На верхней части батареи находятся клеммы для подключения нагрузки. Полярностью называется порядок расположения токовыводящих элементов. Поскольку существует два полюса (положительный и отрицательный), допускается два варианта:
-
Прямая полярность. Клемма «+» находится справа, а «-» слева. Часто применяется в отечественной сфере автомобилестроения.
-
Обратная полярность. Токовыводящие элементы имеют порядок от «-» к «+». Такой подход используется на иномарках.
Для удобства, многие производители закрашивают «+» в красный цвет.
Корпус
На современном рынке принято разделять российские, американские, европейские и азиатские типы корпусов. Основные элементы всегда будут совпадать, отличия заключаются в габаритах и других деталях (расстояние между клеммами).
Существует ряд особенностей:
-
европейские и американские модели имеют одинаковые габариты;
-
у азиатских устройств клеммы выступают, что должно учитываться при определении высоты;
-
АКБ по европейским стандартам предусматривает размещение токовыводящих элементов в специальном углублении;
-
российский стандарт описывается буквенными обозначениями (А, З, Э, Т, М, П).
Рекомендуется изучить соответствующий материал перед покупкой.
Особенности клемм
Всеобщее распространение получили три стандарта – европейский, азиатский и американский. У типа Euro положительная клемма имеет диаметр 19,5 мм, отрицательная – 17,9 мм. Для азиатского стандарта показатели составляют 12,7 и 11,1 мм, соответственно. Американский тип использует особую схему подключения. Болт соединяется с проводом и продевается в отверстие клеммы.
Способ установки
Конструкция аккумулятора предусматривает крепление снизу или сверху. Это еще одна ключевая детали во время выбора. Крепление сверху выполняется за счет монтажной рамки. Указанный способ часто встречается на транспортных средствах из Азии. Нижний тип крепления популярен в европейских машинах. В основании имеется выступ, который прижимается к платформе специальной пластиной или болтом.
Что внутри батареи
Главная » Что внутри батареи?
Что внутри батареи?
Обычному аккумулятору для выработки электричества требуется 3 части:
- Анод — отрицательный полюс аккумулятора
- Катод — положительная сторона аккумулятора
- Электролит — химическая паста, которая разделяет анод и катод и преобразует химическую энергию в электрическую
Внутри каждой батареи есть восстанавливаемые ресурсы, независимо от ее типа
Возьмем, к примеру, одноразовую щелочную батарейку. Это неперезаряжаемые батареи типа AAA, AA, C, D, 9 вольт и различных размеров таблеточных элементов.
В среднем 25% батареи состоит из стали (корпус). Знаете ли вы, что сталь можно перерабатывать бесконечно? Наш механический процесс позволяет восстановить 100% стали в каждой батарее для повторного использования.
Батарея на 60% состоит из комбинации таких материалов, как цинк (анод), марганец (катод) и калий. Все эти материалы являются земными элементами. Эта комбинация материалов на 100% регенерируется и повторно используется в качестве микроэлемента при производстве удобрений для выращивания кукурузы.
Остальные 15% по весу составляют бумага и пластик (этикетка и защитная крышка). Эти материалы отправляются на производство энергии из отходов для производства электроэнергии.
Когда вы перерабатываете свои щелочные батареи в Raw Materials Company, вы можете быть уверены, что 100% каждой батареи используется повторно, и никакие материалы не будут выброшены на свалку.
Вы живете в Онтарио, Канада?
Если вы являетесь жителем Онтарио, вы можете бесплатно утилизировать невстроенные первичные и перезаряжаемые батареи весом менее 5 кг во многих магазинах и муниципальных учреждениях по всей провинции. Просто введите свой почтовый индекс или название города в наш инструмент поиска. Если вы живете за пределами Онтарио, обратитесь в местный муниципалитет, чтобы найти ближайший к вам пункт утилизации.
Спасибо
Мы получили ваше сообщение и вскоре ответим вам.
Для вашего удобства, вот список важных ссылок, связанных с этой страницей.
- Технология RMC
- Типы батарей
- Свинцово-кислотный аккумулятор
- Основная батарея
- Аккумуляторная батарея
- Вентилируемая аккумуляторная батарея
Знаете ли вы?
Цинк является одним из наиболее часто используемых металлов в мире. Приблизительно 30% цинка сегодня поступает из переработанных источников. Компания Raw Materials может извлекать цинк из батарей, которые вы перерабатываете. Цинк, который мы извлекаем, затем повторно используется в качестве питательных микроэлементов в удобрениях для выращивания кукурузы для производства биотоплива.
Благодаря переработанным материалам RMC фермеры могут увеличить свою урожайность более чем на 20 бушелей с акра. Это важно, учитывая наше растущее население и необходимость эффективного использования наших существующих сельскохозяйственных угодий.
Узнайте больше о нашей технологии и о том, как вместе мы превращаем отходы в ценный ресурс.
Откуда берутся батарейки? И куда они идут?
Каждый день вы используете аккумулятор определенного типа. Ваш телефон работает от перезаряжаемой литий-ионной батареи, как и большинство других ваших электронных устройств. Материнская плата вашего компьютера содержит неперезаряжаемый литиевый элемент типа «таблетка», известный как батарея CMOS. Двигатель внутреннего сгорания вашего автомобиля запускается от перезаряжаемой аккумуляторной батареи, обычно свинцово-кислотной. Список можно продолжить.
Примечание редактора: это сообщение было обновлено 25 октября 2022 г. и посвящено часто задаваемым вопросам.
Батареи имеют ограниченный срок службы. Аккумуляторы AirPods будут работать от 18 месяцев до трех лет. В 2021 году по всему миру было продано около 300 миллионов настоящих беспроводных наушников (TWS), и эксперты ожидают дальнейшего роста рынка. В результате мы можем ожидать, что более 450 миллионов таких батарей выработают свой ресурс к концу 2023 года, а затем и больше. И это только наушники.
Всемирный экономический форум Литий-ионные батареи, размещенные на мировом рынке (уровень ячеек, метрические тонны).
Литий-ионные аккумуляторы, которые уже используются в бытовой электронике, например в наушниках, также питают электромобили. Bloomberg New Energy Finance (BNEF) прогнозирует, что к 2030 году доля электромобилей в продажах составит 34% по сравнению с 4% в 2020 году. Этот быстрый рост спроса приводит к адаптации добычи и производства на начальном этапе.
Вам может быть интересно, является ли такой рост устойчивым и как мы справимся со всеми отходами. Это то, что мы здесь, чтобы выяснить.
В отличие от одноразовых литиевых батарей, литий-ионные батареи перезаряжаемы.
Откуда берутся батарейки?
Итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первую настоящую батарею в 1800 году. В 1859 году Гастон Планте изобрел первую перезаряжаемую батарею. Литий-ионные аккумуляторы не появлялись на рынке до 1980 года. И потребовалось еще 11 лет, прежде чем они были впервые коммерциализированы Sony.
Этот безопасный, компактный и энергоемкий аккумулятор положил начало мобильной революции, питая видеокамеры, ноутбуки, смартфоны и большинство другой портативной бытовой электроники, которую мы знаем сегодня. В 2019 году, ученые, которые изобрели литий-ионный аккумулятор, получили Нобелевскую премию по химии.
Давайте углубимся в материальный состав литий-ионных аккумуляторов, который превратил их в эти мощные двигатели перемен.
Из чего сделаны батареи?
Батарея представляет собой набор из одной или нескольких ячеек. Каждая заполненная электролитом ячейка содержит два электрода, каждый с токосъемником, которые расположены на противоположных концах батареи, с сепаратором между ними. Замыкание цепи между электродами запускает серию электрохимических реакций, которые создают электрический ток и разряжают батарею. Хотя основные компоненты и процессы одинаковы во всех типах аккумуляторов, материалы сильно различаются.
ScienceDirect Схематическая диаграмма типичной литий-ионной батареи (а) и весовые проценты ее основных компонентов (б).
Давайте посмотрим на компоненты, обычно встречающиеся в перезаряжаемой литий-ионной батарее:
- Анод: литий, хранящийся в углеродных структурах, позднее в графите
- Катод: оксид лития-никеля, оксид лития-кобальта и/или оксид лития-марганца
- Токоприемники: медь, алюминий
- Электролит (жидкий): соли лития и органические растворители, обычно алкилкарбонаты
- Сепаратор: синтетические полимеры, особенно мембраны на основе полиолефинов
Откуда берутся материалы для изготовления батарей?
Хотя большинство литий-ионных аккумуляторов производится в Китае, материалы, из которых они производятся, разбросаны по всему миру. Вот наиболее распространенные источники этих материалов:
Material | Natural Reserves | Top Producers (2020) | Extraction |
---|---|---|---|
Material Lithium | Natural Reserves Global: 80 million tons | Крупнейшие производители (2020 г.) Австралия (49%) | Добыча Добывается из природного рассола в подземных озерах (Южная Америка) или месторождений полезных ископаемых в твердых породах (Австралия). |
Material Graphite | Natural Reserves Global: 800 million tons | Top Producers (2020) Китай (62%) | Добыча Добыча из метаморфических пород. |
Материал Никель | Природные запасы В мире: 94 млн тонн | Ведущие производители (2020) Индонезия (30%) | Добыча Добыча из латеритов и сульфидных месторождений. Никель также встречается в марганцевых корках и конкрециях на дне океана. |
Материал Кобальт | Природные запасы Глобальные (наземные): 25 млн. тонн | Ведущие производители (2020) Конго (68%) | Добыча Обычно побочный продукт никеля или добычи меди. |
Material Manganese | Natural Reserves Global: 1. | Top Производители (2020) Южная Африка (28%) | Добыча Добывается из руды и в основном используется в производстве стали. |
Материал Медь | Природные заповедники Глобальные (установленные): 2,1 миллиарда тонн | Ведущие производители (2020) Чили (29%) | Добыча Добывается по всему миру, в том числе на рудниках США в Аризоне, Юте, Нью-Мексико, Неваде, Монтане, Мичигане и Миссури. |
Материал Алюминий (бокситы) | Природные запасы В мире: от 55 до 75 миллиардов тонн бокситов | Ведущие производители (2020) Австралия (30%) | Добыча руда, добываемая из верхнего слоя почвы. |
Все добытые полезные ископаемые проходят переработку, часто не в странах их происхождения.
Горнодобывающая промышленность не является непосредственным источником органических растворителей и синтетических полимеров, содержащихся в литий-ионных батареях, хотя их основные компоненты извлекаются из земли. Вот упрощенное описание их производства:
- Алкилкарбонаты, как и диэтилкарбонат, синтезируются из фосгена, газа и спиртов, таких как этанол или метанол.
- Мембраны на основе полиолефинов синтезируются из полимеров, полученных из нефти или природного газа.
Какие проблемы с горнодобывающими материалами?
Вся добыча полезных ископаемых имеет социальные и экологические последствия. Добыча кобальта в Демократической Республике Конго, например, часто связана с нечеловеческими условиями, а также рабским и детским трудом. Следовательно, такие производители, как Tesla, стремятся использовать литий-ионные батареи без кобальта. Хотя источники добычи других полезных ископаемых могут иметь меньше социальных последствий, они по-прежнему требуют разрушения окружающей среды, истощают водные ресурсы и способствуют загрязнению воздуха, воды и почвы.
Горнодобывающая промышленность разрушает окружающую среду, истощает водные ресурсы и способствует загрязнению воздуха, воды и почвы.
Извлечение материала — это только первый шаг. Для обработки таких минералов, как литий, обычно требуются токсичные химикаты. Нефтеперерабатывающие заводы обычно утилизируют отходы в хвостохранилищах или прудах-испарителях. Отсюда ядовитые жидкости могут просачиваться в окружающую среду, загрязняя почву и воду. Даже обработанная вода может содержать следы минералов, которые могут неблагоприятно воздействовать на людей и животных.
ScienceDirect Относительные показатели воздействия литий-ионных аккумуляторов на основе оксида лития-марганца (LMO) или фосфата лития-железа (LFP).
Несмотря на то, что многие материалы, используемые в литий-ионных батареях, имеются в изобилии, их не всегда легко извлечь. По мере истощения запасов природных ресурсов горнодобывающим предприятиям придется использовать менее благоприятные источники, что только усилит негативное воздействие добычи и переработки и может привести к увеличению судоходных путей. В конце концов, цены на ресурсы заставят производителей переключаться на другие химические составы аккумуляторов, например, с оксида лития-марганца на фосфат лития-железа.
К сожалению, проблема не только в производстве.
Куда девать батарейки?
Слишком много батарей по-прежнему попадает на свалку, хотя это зависит от их типа. В то время как 90% свинцово-кислотных аккумуляторов перерабатываются, по оценкам экспертов, только около 5% литий-ионных аккумуляторов в настоящее время перерабатываются. Многие другие прячутся в ящиках или оказываются в мусорном ведре. Это проблема.
Почему нельзя выбрасывать аккумуляторы в мусор
Литий-ионные аккумуляторы могут стать причиной возгорания при воздействии тепла, механических воздействий или других отходов. После воздействия элементы, содержащиеся в батареях, могут попасть в окружающую среду и загрязнить почву и грунтовые воды. Хотя это не должно представлять проблемы на хорошо управляемом домашнем объекте, экспортируемый мусор может оказаться на более щадящей свалке. Рича и др. обратите внимание, что «больший риск представляет собой потерю ценных материалов».
Waste360 Зарегистрированные пожары на предприятиях по переработке отходов и переработке в США и Канаде в период с февраля 2016 г. по апрель 2020 г.
Достаточно концентрированные природные ресурсы лития, кобальта, никеля и других элементов исчерпаны. Как обсуждалось выше, их добыча имеет необратимые последствия. К тому времени, когда эти материалы попадают в наши гаджеты, мы платим высокую социальную и экологическую цену за ущерб, нанесенный их цепочкам поставок.
Вскоре спрос на некоторые материалы превысит объем добычи. Одно из недавних исследований прогнозирует, что спрос на литий и кобальт может превысить производство уже к 2025 году. Если вы примете во внимание, что в среднем отработанные электроды литий-ионных аккумуляторов содержат больше лития, чем природные руды, вы быстро придете к выводу, что даже разряженные аккумуляторы иметь значение.
Поскольку спрос превышает возможности добычи, переработка превращается из этического обязательства в экономически выгодную альтернативу и, возможно, в необходимость.
Где потребители могут безопасно утилизировать батареи?
Аккумуляторы являются основным компонентом бытовой электроники, такой как смартфоны, ноутбуки или наушники. Когда батарея умирает, это часто означает конец жизни устройства. Это особенно верно для настоящих беспроводных наушников, таких как AirPods. Во многих случаях вам придется утилизировать весь гаджет, а не только аккумулятор.
iFixit Литий-ионные батареи, содержащиеся в AirPods, практически невозможно извлечь.
Многие производители предлагают программы утилизации электронных отходов. Например, если у вас есть старый iPhone, Apple может обменять его на кредит в магазине. Магазины электроники, такие как Best Buy , будут бесплатно принимать товары и перерабатывать их. Если вам нужно утилизировать использованные бытовые батареи, Агентство по охране окружающей среды рекомендует искать на Earth911 местного поставщика услуг по переработке. Наконец, Call2Recycle предлагает пункты приема аккумуляторов и мобильных телефонов по всей территории США 9.0003
Как и в случае с другими электронными устройствами или батареями, вы можете найти места, где старые наушники принимают или обменивают. Помимо переработки наушников, вы также можете попробовать отремонтировать, повторно использовать или продать их. Когда вы будете готовы купить новую пару, подумайте об экологически чистых наушниках.
Что происходит с батареями, сданными на переработку?
Двумя наиболее распространенными методами переработки литий-ионных аккумуляторов являются пирометаллургия, процесс, основанный на нагревании, и гидрометаллургия, выщелачивание металлов химическими веществами. Каждый метод переработки имеет свой собственный набор проблем.
Пирометаллургия представляет собой энергоемкий комплекс операций с образованием токсичных газов и возможностью извлечения только некоторых элементов; литий и алюминий, например, теряются в шлаке, побочном продукте твердых отходов. Гидрометаллургия работает при гораздо более низких температурах и имеет более высокую скорость восстановления, но это гораздо более сложный процесс, в котором используются ядовитые химикаты, которые создают собственную проблему удаления отходов. Чтобы максимизировать извлечение ресурсов, эти два метода часто используются в тандеме, но все же извлекают не более 50% исходных материалов для аккумуляторов, поскольку они, как правило, сосредоточены на наиболее ценных металлах и пренебрегают другими.
ScienceDirect Общая схема методов и процессов переработки отработанных литий-ионных аккумуляторов.
Усовершенствованные процессы рециклинга на основе гидрометаллургии обещают значительно приблизить коэффициент извлечения к 100%. Li-Cycle — одна из первых компаний, которая сосредоточилась исключительно на переработке литий-ионных аккумуляторов. Его процесс включает в себя децентрализованную разборку батарей на их основные строительные блоки с последующим измельчением в инертные продукты. Оттуда такие материалы, как пластик, медь и алюминий, попадают в местные потоки вторичной переработки. Оставшийся промежуточный продукт, влажный мелкий порошок, называемый черной массой, отправляется в центральный узел, где он очищается для извлечения ценных материалов, таких как графит, кобальт, никель, литий и медь. По оценкам Li-Cycle, он может восстановить до 95% материалов с нулевым направлением на свалку, без сточных вод и без прямых выбросов.
Большинство процессов переработки литий-ионных аккумуляторов сосредоточены на ценных материалах, таких как кобальт, марганец и никель, из которых состоит катод литий-ионного аккумулятора. К сожалению, литий сложно регенерировать, а значит, добывать его по-прежнему дешевле. Это может измениться в ближайшие годы, особенно если литий подорожает или когда более продвинутые процессы переработки станут более доступными.
Аккумуляторы должны войти в круговую экономику
Производство перезаряжаемых аккумуляторов из добытых полезных ископаемых имеет социальные и экологические последствия, а природные ресурсы ограничены. Поскольку спрос на эту технологию продолжает расти, как производители, так и потребители должны активизировать свою деятельность по переработке отходов. Производителям необходимо придумать конструкции, облегчающие извлечение батарей, их разборку и извлечение отдельных материалов. Между тем, потребители должны ответственно утилизировать отработавшие батареи или старую электронику, чтобы убедиться, что они попадают в подходящие потоки вторичной переработки.
Извлекая аккумуляторы со свалки, мы можем восстановить ценные материалы и повторно использовать их для дальнейшего производства. По мере того, как мы увеличиваем объемы переработки, мы снизим нашу зависимость от природных ресурсов. Это ворота в экономику замкнутого цикла.
Часто задаваемые вопросы о батареях
В 2021 году Австралия произвела больше всего лития (55 000 тонн), за ней следуют Чили (26 000 тонн) и Китай (14 000 тонн). Интересно, что Боливия обладает самыми большими ресурсами лития из всех (21 млн тонн), за ней следует Аргентина (19 млн тонн).млн тонн) и Чили (9,8 млн тонн). Эти цифры были взяты из «Сводок по минеральным товарам за 2022 год» (PDF), опубликованных Министерством внутренних дел США и Геологической службой США.
Это буквально движущаяся мишень. Рынок электромобилей (EV), который включает в себя автомобили, скутеры и велосипеды, быстро растет, как и его воздействие на окружающую среду.
Например, глобальные продажи электромобилей выросли более чем вдвое с 2020 по 2021 год. В 2021 году было продано 6,6 млн электромобилей, каждый из которых содержит около 8 кг лития, поэтому на рынок электромобилей приходится не менее 58% мирового производства лития (9).0,7 млн кг) в 2021 году. Социальные и экологические последствия одинаковы для всех литий-ионных аккумуляторов, т. е. разрушение среды обитания, чрезмерное использование воды, загрязнение, негуманные условия добычи и т. д.
Производители давно опасаются, что аккумуляторы из переработанных материалов может иметь более короткий срок службы или быть более подверженным отказам батареи, что может иметь разрушительные последствия для электромобиля.