Medidas de EIS-G em baterias Pb/ácido de capacidade 50 Ah

Muitos trabalhos utilizando a técnica de espectroscopia de impedância têm sido realizados sobre baterias de Pb/ácido com distintos objetivos, tais como tentar estimar o estado de carga e de saúde e estudos de processos fundamentais[1-3]. A interpretação destas medidas é complexa devido às reações químicas e eletroquímicas que se desenvolvem e também devido à geometria porosa das placas. Neste trabalho as medidas foram realizadas em baterias tipo VRLA (Valve Regulated Lead Acid Batteries) novas (2 V e 50 Ah) e ao longo de passos de envelhecimento. Estes passos foram realizados em câmara a 40°C com aplicação de tensão de flutuação de 2,3 V durante 3 semanas entre cada passo. Em cada passo do envelhecimento foram realizadas medidas de impedância nas baterias com diferentes estados de carga, entre 100 e 0% considerando como ponto de descarga completa 1,75 V. Foi aplicando sinal senoidal galvanostático de 50 mA de amplitude, sem sobreposição de sinal contínuo, na faixa de frequências entre 10 kHz e 10–3 Hz. Em todos os casos as medidas de EIS-G foram realizadas a temperatura ambiente, após 1 dia de retirada da câmara, começando com 100% de capacidade. Após a medida se descarregava 20% da capacidade, deixava-se em repouso durante 1 dia antes de realizar nova medição. Os resultados foram ajustados com diferentes circuitos equivalentes, desde o mais simples circuito de Randles[2], outros modelos propostos na literatura[3,4] e um proposto neste trabalho. A forma geral dos diagramas de Nyquist apresenta uma parte indutiva a f > 500 Hz, uma resistência, Ri, de alguns miliohms, nas altas f (1 kHz < f < 500 Hz), um arco capacitivo para f entre 0,1 e 100 Hz, um segundo arco capacitivo para f < 0,1 Hz. Para f < 0,01 Hz aparecem outros arcos/retas com inclinações diferentes de 45°. Os fenômenos físicoquímicos responsáveis pelas formas detectadas estão relacionados com a estrutura porosa dos eletrodos (macro e micro-poros). Figura 1. Diagramas de Nyquist de bateria com diferentes estados de carga. É mostrado que a resistência interna, Ri, das baterias não é adequada para avaliar estado de carga e/ou estado de saúde das mesmas. Os valores de outros elementos dos circuitos equivalentes, que aparecem a frequências menores que Ri, parecem ser mais adequados para essas avaliações. Os parâmetros do primeiro arco capacitivo mostram boa correlação com o estado de carga, mas não com o estado de saúde.