Бытовые аккумуляторы и отходы от них

Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 2 декабря 2021 г.

Акцентируется внимание на сравнении и выборе аккумуляторов для электроники и бытовой техники и отходах от использованных аккумуляторов.

ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

● общегосударственный классификатор Республики Беларусь ОКРБ 021-2019 «Классификатор отходов, образующихся в Республике Беларусь», утв. постановлением Минприроды от 09.09.2019 № 3-Т (далее – Классификатор)

Сравнение и выбор аккумуляторов для электроники и бытовой техники

На рынке автономных источников питания в настоящее время очень большой выбор аккумуляторов и батареек, сотни разных моделей от различных производителей. Для подбора источника питания, наиболее подходящего к устройству, далее проанализированы достоинства и недостатки аккумуляторных батареек различного химического состава и даны их стандартные типоразмеры (форм-фактор (описаны только модели для бытовой техники и электроники)).

Бытовые аккумуляторы по назначению можно разделить на несколько групп:

● аккумуляторные батарейки;

● аккумуляторные батареи для электромобиля 6 V;

● для источников бесперебойного питания (далее – ИПБ);

● для фонарика;

● для радиотелефонов;

● для электронных испарителей (Vape).

Аккумуляторные батарейки. Аккумуляторные батарейки – это сложившееся в обиходе название небольших аккумуляторов, обычно цилиндрической формы, для питания электроники и бытовой техники. Несмотря на то, что батарея (или батарейка) – это соединение нескольких элементов питания в единый блок, такое название закрепилось также для отдельных элементов.

Аккумуляторные батарейки очень разнообразны по типоразмеру и химическому составу в отличие, например, от автомобильных аккумуляторных батарей. Если с типоразмером (форм-фактором) все более-менее понятно, т.к. элементы неподходящего размера в конкретное устройство просто невозможно установить, то с химическим составом элементов питания не все так однозначно. Каждый тип элементов, в зависимости от химической технологии изготовления, имеет как свои достоинства, так и недостатки.

Никель-кадмиевые аккумуляторы. В основе работы никель-кадмиевых аккумуляторов (Ni-Cd) лежат электрохимические процессы между положительным и отрицательным электродами из никеля и кадмия.

Достоинства:

● низкая стоимость – основное преимущество Ni-Cd элементов;

● возможность долгого хранения в разряженном виде;

● безопасность использования.

Недостатки:

● невысокая емкость (количество запасаемого электричества);

● эффект памяти – при неполном заряде или разряде никель-кадмиевый аккумулятор «запоминает» новые крайние верхнее и нижнее значения емкости, которая в результате этого снижается.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы. Никель-металл-гидридные аккумуляторы (Ni-Mh) по своим параметрам очень близки к никель-кадмиевым, однако за счет использования немного более продвинутой технологии, они имеют лучшие технические характеристики.

Достоинства:

● невысокая цена, близкая к стоимости никель-кадмиевых аккумуляторных батареек;

● увеличенная емкость по сравнению с Ni-Cd;

● немного уменьшен эффект памяти;

● простые зарядные устройства для Ni-Mh.

Недостатки: малая емкость.

В настоящее время никель-металл-гидридные аккумуляторы практически везде заменили никель-кадмиевые.

Литий-ионные аккумуляторы. Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion) значительно отличаются от выше описанных элементов питания по всем характеристикам. У них в 3 раза больше напряжение. Они имеют, как правило, отличающиеся типоразмеры.

Достоинства.

● высокая емкость;

● увеличенное напряжение;

● отсутствие эффекта памяти.

Недостатки:

● хранение только в заряженном виде;

● необходимость использования защиты от перезаряда и перегрева;

● необходимость применения зарядных устройств, работающих по определенному алгоритму;

● большое снижение напряжения к концу разряда;

● старение (снижение емкости с течением времени).

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы по своей сути являются литий-ионными, но отличаются материалом изготовления катода. Отрицательный электрод изготавливается из материала LiFePO₄. Несмотря на такие малые различия, литий-железо-фосфатные элементы имеют все же большие отличия в технических характеристиках.

Достоинства:

● длительный срок службы (в среднем 7 лет);

● стабильное напряжение разряда;

● высокий пиковый ток;

● работа в широком диапазоне температур, в т.ч. минусовых (от –30 до +55 °С).

Недостатки:

● немного меньшая емкость, чем у обычных литий-ионных элементов;

● большая масса и размеры;

● специализированные для LiFePO4 зарядные устройства.

Литий-полимерные аккумуляторы. Литий-полимерные аккумуляторы (Li-polymer) являются результатом дальнейшего усовершенствования литий-ионной технологии. В указанном случае в качестве электролита применяется полимерный материал. В результате этого элементы питания, изготовленные по этой технологии, получили много преимуществ. Именно такие аккумуляторные батарейки используются в современных сотовых телефонах.

Достоинства:

● высокая удельная емкость;

● возможность изготовления батарей малой толщины и гибкой формы;

● малое изменение напряжения при разряде.

Недостатки:

● необходимость защиты от перезаряда, перегрева и специальных зарядных устройств для Li-Polymer;

● старение.

Форматы цилиндрических аккумуляторов 18650, 16340, 14500, AA, AAA. Аккумуляторы для электроники и бытовой техники изготавливаются в корпусах различного формата: цилиндрические (круглые), призматические (квадратные и прямоугольные), плоские. Для призматических аккумуляторных батареек нет единой системы нумерации. Для цилиндрических элементов производители создали простую систему маркировки размеров, состоящую из 5 цифр. В ней первые две цифры показывают диаметр элемента в миллиметрах, третья и четвертая цифры – это длина, а последний символ 0 символизирует круг, говоря о цилиндрической форме. Таким образом, аккумулятор 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 60 мм. Аккумуляторная батарейка 14500, соответственно, 14 мм в диаметре и 50 мм по длине.

В предлагаемой таблице показаны часто используемые форматы аккумуляторов, а также соответствие стандартной цифровой и альтернативной буквенной маркировок.

Таблица 1

Расшифровка маркировки аккумуляторов 18650 по химическому составу. Литий-ионные аккумуляторы 18650 имеют буквенную систему маркировки, обозначающую химический состав элемента:

1) первая буква I – это признак Li-Ion технологии;

2) вторая буква показывает химическую основу катода:

● C – кобальтовая;

● N – никель-марганцевая;

● M – марганцевая,

● F – железо-фосфатная;

3) третья буква R обозначает перезаряжаемый аккумулятор (Rechargeable).

Компания Panasonic сделала немного другую маркировку, у которой в обозначении NCR:

● первая буква N обозначает никель;

● вторая буква С – кобальт.

Аккумуляторы для ИБП 12 V. Аккумуляторы для ИБП принципиально отличаются от элементов питания для электроники. Они должны обеспечить питание компьютера или другой мощной техники на время от нескольких минут до нескольких часов. Поэтому аккумуляторные батареи для ИБП 12 V имеют высокую электрическую емкость, однако вместе с тем большой вес и размеры.

Аккумуляторные батареи являются свинцово-кислотными. Их принцип работы основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в водном растворе серной кислоты, как и у автомобильных аккумуляторных батарей. Однако в отличие от них в гелевых аккумуляторах для ИБП используется электролит, загущенный до гелеобразного состояния с помощью водного раствора силиката натрия. Еще более лучшие результаты в бесперебойных источниках питания показывают аккумуляторные батареи, выполненные по технологии AGM (Absorbent Glass Mat). Эти 2 типа аккумуляторных батарей сходны по принципу нетекучести электролита, поэтому аккумуляторы AGM часто называют гелевыми, хотя это не совсем верно.

Аккумуляторы AGM для ИБП 12 V и электромобилей 6 V. В аккумуляторах, изготовленных по технологии AGM, заложен принцип нетекучего электролита. Отличие аккумуляторов AGM от обычных свинцово-кислотных заключается в использовании абсорбированного электролита. Аккумуляторы AGM были разработаны специально для применения в системах резервного бесперебойного питания. Эти батареи отлично работают в ИБП в буферном режиме.

Для использования в ИБП применяются батареи на напряжение 12 V, а для детских электромобилей – 6 V. Зарядные устройства для аккумуляторов ИБП 12 V и электромобилей 6 V используются чаще всего одни и те же, поскольку многие из них имеют переключатель выбора зарядного напряжения.

Аккумуляторы для ИБП газовых котлов. Аккумуляторы для газовых котлов не имеют принципиальных отличий от батарей для ИБП компьютерной и офисной техники. Однако они обязаны иметь гораздо большую емкость, т.к. должны обеспечить питание газового котла в течение нескольких часов или даже дней в случае длительного отключения электроэнергии.

Аккумуляторы для детских электромобилей 6 V. Аккумуляторы для детских электромобилей изготавливаются по AGM технологии, как и аккумуляторы для источников бесперебойного питания. Вместе с тем важным отличием является выходное напряжение, которое у аккумуляторных батарей для электромобилей составляет 6 V. Для использования в детских электромобилях рекомендуется использовать 6-вольтовую серию АКБ Delta.

Аккумуляторы для фонарика. Чтобы правильно выбрать аккумулятор для фонарика, надо внимательно прочитать инструкцию, которая к нему прилагается. В ней указано, под какие типы, форм-факторы и количество аккумуляторов рассчитан указанный фонарь. Зная эти параметры, можно подобрать элементы подходящего для устройства типа и емкости. Чаще всего применяются никель-металл-гидридные аккумуляторы типоразмера АА или ААА. В более мощных фонарях используются элементы форм-фактора C или D. В последнее время появились и фонарики с аккумуляторами 18650 и 14500 литий-ионной технологии, которые имеют более высокую емкость и напряжение, обеспечивая более длительную работу и мощный световой поток. Кроме того, некоторые модели фонарей, например Fenix E25UE XP-L V5, могут работать как от никель-металл-гидридных аккумуляторных батареек, так и от литий-ионных. Все это надо учитывать при подборе.

Высокотоковые аккумуляторы 18650 для Vape и шуруповертов. Аккумуляторы 18650 для Vape и шуруповертов – это литий-ионные элементы, рассчитанные на высокий ток разряда. На таких аккумуляторных батарейках или прямо указывают, что они для электронных испарителей (for Vape), или пишут номинал максимального тока, например, 20, 25, 30, 40 А. Кроме того, такие элементы должны быть безопасны, поскольку испаритель с аккумулятором находится непосредственно около лица.

Аккумуляторы для радиотелефона. В зависимости от марки и модели радиотелефонной трубки в ней могут использоваться обычные Ni-Mh элементы типоразмера ААА и АА или специализированные аккумуляторы для радиотелефона. Это т.н. аккумуляторные сборки для радиотелефонов, содержащие 3 или 4 никель-металл-гидридных элемента, соответственно, 3,6 или 4,8-вольтовые.

Отходы от аккумуляторов

Классификация отходов в Республике Беларусь производится в соответствии с Классификатором. Согласно подп. 4.1 п. 4 Классификатора для идентификации отходов необходимо последовательно выбрать блок, раздел в соответствующем блоке и подгруппу в соответствующей группе отходов и затем выбрать вид отходов. Отнесение отходов к блоку, разделу, группе, подгруппе и виду осуществляется исходя из названия блока, названия раздела, названия группы и вида отходов. В силу подп. 4.2 п. 4 Классификатора при условии, что блок, раздел, группа, подгруппа для идентифицируемых отходов были выбраны правильно, применяются следующие правила идентификации отходов в пределах подгруппы:

● если в наименовании отхода конкретно указано вещество (материал), определяющее конкретный вид отходов, то отход, содержащий данное вещество (материал), должен относиться только к этому виду отходов и не может относиться к другим видам отходов, указанным в Классификаторе;

● если в наименовании отхода конкретно указан технологический процесс (источник) его образования, определяющий конкретный вид отходов, то отход, идентифицируемый по технологическому процессу (источнику) образования, должен относиться только к этому виду отходов и не может относиться к другим видам отходов, указанным в Классификаторе;

● при двух (и более) равнозначных видах отходов можно выбрать любой из видов;

● если нельзя определить вид отходов в пределах подгруппы, то выбирается вид отходов со словами «Прочие отходы производства, не вошедшие в группу».

Слова «лом, бой, куски, обломки» в наименовании отходов означают некондиционные изделия или части изделий из металлов или из других твердых веществ.

Слова, обозначающие химические элементы (магний, медь и др.), соединения (органические кислоты, щелочи и др.), в наименовании отходов понимаются в тех значениях, в каких они используются в соответствующих областях знаний, если иное не подразумевается в Классификаторе. Указанное правило применяется и для других слов, имеющих общеизвестное значение.

Технические термины в наименовании отходов понимаются в тех значениях, в каких они используются в соответствующих производственных процессах, если иное не подразумевается в Классификаторе.

В зависимости от материала изготовления можно выделить следующие коды для отходов от использованных аккумуляторов.

Таблица 2