La prueba de resistencia de las baterías de iones de litio suele implicar tres métodos: DCIR, ACIR y EIS. Cada método tiene principios de prueba y significado físico distintos, lo que ofrece información única sobre el rendimiento de la batería. Para comprender las diferencias entre estos métodos, primero debemos aclarar varios términos que describen la resistencia al flujo de corriente.
01. ¿Qué es la Resistencia?
La resistencia no se refiere necesariamente a un componente resistivo; más bien, describe la oposición que un dispositivo o material presenta al flujo de corriente, convirtiendo fundamentalmente la energía eléctrica en otras formas de energía de forma irreversible. La resistencia es un caso específico de impedancia cuando la reactancia es cero.
02. Términos que describen la resistencia actual
La resistencia interna de una batería de iones de litio incluye resistencia óhmica, impedancia de interfaz, impedancia de transferencia de carga, impedancia de difusión, resistencia de polarización óhmica, resistencia de polarización electroquímica y resistencia de polarización de concentración.
Resistencia óhmica: Se compone principalmente de la resistencia de los materiales de los electrodos, electrolitos, separadores y la resistencia de contacto de diversas piezas. Está relacionada con el tamaño, la estructura y el ensamblaje de la batería.
Resistencia a la polarización: Se refiere a la desviación del potencial del electrodo respecto del potencial de equilibrio cuando la corriente pasa a través de él. Es causada por reacciones electroquímicas y no es constante; cambia durante la carga y la descarga debido a variaciones en la composición de los materiales activos, la concentración del electrolito y la temperatura. La resistencia óhmica sigue la Ley de Ohm, mientras que la resistencia a la polarización aumenta con la densidad de corriente, pero no linealmente, sino que a menudo aumenta linealmente con el logaritmo de la densidad de corriente.
Los diferentes tipos de baterías tienen diferentes resistencias internas. Incluso dentro del mismo tipo, la resistencia interna puede variar debido a inconsistencias en las características químicas. La resistencia interna se mide en miliohmios y es un indicador técnico crucial del rendimiento de la batería. Normalmente, una resistencia interna baja indica una mayor capacidad de descarga a alta corriente, mientras que una resistencia interna alta sugiere una capacidad de descarga menor.
03. ¿Qué es DCIR?
La DCIR (resistencia interna de corriente continua) mide la resistencia total dentro de la batería, incluyendo la resistencia óhmica, la impedancia de interfaz, la impedancia de transferencia de carga, la impedancia de difusión, la resistencia a la polarización óhmica, la resistencia a la polarización electroquímica y la resistencia a la polarización por concentración. Dado que los iones de litio experimentan cambios espaciales significativos durante las pruebas, se denomina resistencia dinámica.
La DCIR se prueba cargando y descargando la batería con una tasa de corriente específica (I) durante una duración determinada (t) y registrando el voltaje antes (U1) y después (U2) del proceso:
R = (U2 – U1)/I
El propósito de probar DCIR es obtener la impedancia de la batería tal como sería en condiciones de funcionamiento reales.
04. ¿Qué es ACIR?
La ACIR (Resistencia Interna de Corriente Alterna) mide la resistencia de la batería mediante corriente alterna para eliminar los efectos de la polarización y medir directamente la resistencia del material a la corriente. Con una frecuencia suficientemente alta (f = 1/T), el ciclo de corriente es lo suficientemente corto como para que los iones de litio no se desplacen significativamente de sus posiciones originales, simplemente oscilando.
A altas frecuencias se hacen las siguientes suposiciones:
1. No se produce movimiento de carga, por lo que no hay acumulación de carga y no se produce polarización.
2. La capacitancia permanece sin cambios ya que la distribución de carga no cambia.
3. No hay impedancia de difusión porque la posición de los iones Li no cambia.
Normalmente se utiliza una frecuencia de 1000 Hz, punto en el que el valor ACIR se considera equivalente a la resistencia óhmica, asumiendo que la batería se comporta como una resistencia pura.
05. ¿Qué es el EIC?
Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS): Es un método no destructivo para la determinación de parámetros y eficaz para determinar el comportamiento cinético de las baterías. Se aplica una señal de tensión sinusoidal de pequeña amplitud con una frecuencia w1 al sistema de baterías, y el sistema genera una respuesta de corriente sinusoidal con una frecuencia w2. La variación en la relación entre la tensión de excitación y la corriente de respuesta constituye el espectro de impedancia del sistema electroquímico.
Aquí se puede observar que los métodos de prueba ACIR y EIS son iguales, ya que ambos utilizan corriente alterna. Sin embargo, ACIR solo realiza una prueba a una frecuencia específica, mientras que EIS realiza una prueba dentro de un rango de frecuencia, y sus propósitos son diferentes.
La prueba EIS utiliza corriente alterna dentro de un rango de frecuencias determinado. Los distintos componentes responden de forma distinta a corrientes de distintas frecuencias para dividir el circuito en partes y, posteriormente, estipular artificialmente que cada parte corresponde a un componente específico. De hecho, en la prueba EIS, todo el circuito participa en cada frecuencia y cada componente contribuye.
Por lo tanto, el propósito del EIS es amplificar el rendimiento de componentes específicos a través de diferentes frecuencias, para así dividirlos aproximadamente y realizar un análisis específico de un determinado componente.
Hora de publicación: 12 de julio de 2024
