Testar a resistência de baterias de íons de lítio geralmente envolve três métodos: DCIR, ACIR e EIS. Cada método possui princípios de teste e significado físico distintos, oferecendo insights únicos sobre o desempenho da bateria. Para entender as diferenças entre esses métodos, primeiro precisamos esclarecer os vários termos que descrevem a resistência ao fluxo de corrente.
01. O que é Resistência?
Resistência não se refere necessariamente a um componente do resistor; em vez disso, descreve a oposição que um dispositivo ou material apresenta ao fluxo de corrente, convertendo energia elétrica em outras formas de energia de forma irreversível. Resistência é um caso específico de impedância quando a parte da reatância é zero.
02. Termos que descrevem a resistência da corrente
A resistência interna de uma bateria de íons de lítio inclui resistência ôhmica, impedância de interface, impedância de transferência de carga, impedância de difusão, resistência de polarização ôhmica, resistência de polarização eletroquímica e resistência de polarização de concentração.
- Resistência Ôhmica: Composta principalmente pela resistência dos materiais dos eletrodos, eletrólitos, separadores e resistência de contato de várias partes. Está relacionada ao tamanho, estrutura e montagem da bateria.
- Resistência de Polarização: Refere-se ao desvio do potencial do eletrodo em relação ao potencial de equilíbrio quando a corrente passa pelo eletrodo. É causada por reações eletroquímicas e não é constante; muda durante a carga e descarga devido a variações na composição dos materiais ativos, concentração do eletrólito e temperatura. A resistência ôhmica segue a Lei de Ohm, enquanto a resistência de polarização aumenta com a densidade de corrente, mas não linearmente, frequentemente aumentando linearmente com o logaritmo da densidade de corrente.
Diferentes tipos de baterias possuem diferentes resistências internas. Mesmo dentro do mesmo tipo, a resistência interna pode variar devido a inconsistências nas características químicas. A resistência interna é medida em miliohms e é um indicador técnico crucial do desempenho da bateria. Normalmente, uma resistência interna menor indica uma maior capacidade de descarga de alta corrente, enquanto uma resistência interna maior sugere capacidades de descarga mais fracas.
03. O que é DCIR?
A DCIR (Resistência Interna de Corrente Contínua) mede a resistência total dentro da bateria, incluindo resistência ôhmica, impedância de interface, impedância de transferência de carga, impedância de difusão, resistência de polarização ôhmica, resistência de polarização eletroquímica e resistência de polarização de concentração. Como os íons de lítio sofrem mudanças espaciais significativas durante o teste, isso é chamado de resistência dinâmica.
O DCIR é testado carregando e descarregando a bateria com uma taxa de corrente específica (I) por uma certa duração (t) e registrando a tensão antes (U1) e depois (U2) do processo:
R = (U2 – U1)/I
O objetivo do teste DCIR é obter a impedância da bateria como ela seria em condições reais de operação.
04. O que é ACIR?
O ACIR (Resistência Interna de Corrente Alternada) mede a resistência da bateria usando corrente alternada para eliminar os efeitos da polarização e medir diretamente a resistência do material à corrente. Com uma frequência suficientemente alta (f = 1/T), o ciclo de corrente é curto o suficiente para que os íons de lítio não se movam significativamente de suas posições originais, apenas oscilando para frente e para trás.
Em altas frequências, as seguintes suposições são feitas:
1. Não ocorre movimento de carga, portanto não há acúmulo de carga e não ocorre polarização.
2. A capacitância permanece inalterada, pois a distribuição de carga não muda.
3. Não há impedância de difusão porque a posição dos íons Li não muda.
Normalmente, é usada uma frequência de 1000 Hz, ponto em que o valor ACIR é considerado equivalente à resistência ôhmica, supondo que a bateria se comporte como um resistor puro.
05. O que é EIC?
Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE): É um método não destrutivo de determinação de parâmetros e eficaz para determinar o comportamento cinético de baterias. Um sinal de tensão senoidal de pequena amplitude com frequência w1 é aplicado ao sistema de baterias, e o sistema gera uma resposta de corrente senoidal com frequência w2. A variação na razão entre a tensão de excitação e a corrente de resposta é o espectro de impedância do sistema eletroquímico.
Pode-se verificar aqui que os métodos de teste ACIR e EIS são os mesmos, ambos utilizando corrente alternada para o teste. No entanto, o ACIR é um teste apenas em uma determinada frequência, enquanto o EIS é um teste dentro de uma faixa de frequência, e os propósitos dos dois são diferentes.
O EIS utiliza corrente alternada dentro de uma determinada faixa de frequência para o teste. Diferentes componentes respondem de forma diferente a correntes de frequências diferentes para dividir o circuito em diferentes partes e, em seguida, estipula artificialmente que cada parte corresponde a um componente específico. De fato, no teste EIS, todo o circuito participa em cada frequência, e cada componente contribui.
Portanto, o objetivo do EIS é amplificar o desempenho de componentes específicos por meio de diferentes frequências, de modo a dividi-los aproximadamente e fazer uma análise específica de um determinado componente.
Horário da publicação: 12 de julho de 2024
