El soporte de celda Metrohm Autolab DuoCoin, que se muestra en Figura 1, ha sido desarrollado para realizar experimentos electroquímicos en baterías de tipo botón.
El soporte para celdas DuoCoin puede albergar hasta dos celdas tipo moneda, cada una con un grosor máximo de 3,2 mm y un diámetro máximo de 24 mm. Los tamaños típicos de celdas tipo moneda que se pueden alojar en el soporte de celdas DuoCoin son CR2016, CR2020, CR2025, CR2032, CR2325 y CR2330. Cada conector del DuoCoin Cell Holder está conectado directamente a la batería. Por lo tanto, los cables que detectan el potencial se separan de los cables que llevan la corriente, lo que da como resultado una caída de voltaje minimizada debido a la impedancia de los cables.
En esta nota de aplicación, la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) se usa para probar una batería comercial. A modo de comparación, los resultados de la configuración de cuatro electrodos se comparan con los resultados de la configuración de dos electrodos, en la que los cables RE y CE están conectados entre sí, así como los cables WE y S.
La diferencia en cómo se conectan los cables da como resultado diferentes valores de impedancia medidos.
Para las medidas EIS se utiliza un Metrohm Autolab PGSTAT204 equipado con un módulo FRA32M (Figura 2).
La batería utilizada para los experimentos es una recargable de Li-ion, Panasonic VL2330, con 30 mAh de capacidad nominal y un voltaje nominal de 3 V.
Las medidas potenciostáticas EIS se realizan a potencial de circuito abierto (OCP), entre 10 kHz y 100 mHz, amplitud de 10 mV, con una tasa de 10 frecuencias por década.
En figura 3 el diagrama de medición de Nyquist realizado con la configuración de cuatro electrodos (puntos rojos) se compara con los resultados obtenidos con la configuración de dos electrodos (puntos azules y rojos).
Con respecto a la configuración de dos electrodos, la medición de EIS se realiza conectando los cables WE y S juntos y los cables CE y RE juntos, teniendo por lo tanto los cables RE y S más cerca de la batería (puntos azules). Se ha realizado otra medición con las conexiones de los cables invertidas, por lo que se conectan los cables S y WE juntos y el RE y CE juntos, teniendo los cables WE y CE más cerca de la batería (puntos verdes).
Si bien no existe una diferencia apreciable entre las configuraciones de dos derivaciones, el diagrama de Nyquist correspondiente a la configuración de cuatro terminales se desplaza hacia valores de impedancia más bajos, con respecto a los diagramas de Nyquist resultantes de la configuración de dos terminales. En Figura 4, el aumento a altas frecuencias de figura 3 muestra una diferencia de impedancia de aproximadamente 170 mΩ.
Sin embargo, la diferencia es más evidente a bajas frecuencias, como se muestra en Figura 5, donde la diferencia de impedancia entre la configuración de cuatro y dos terminales al final del semicírculo es aproximadamente 2 Ω.
Finalmente, vale la pena señalar que el uso de la configuración de detección de cuatro terminales es importante solo cuando se investigan dispositivos de baja impedancia, como baterías, ya que la contribución de los cables a la impedancia general es baja.
Se presenta el DuoCoin Cell Holder. Se realizan medidas EIS en una pila de botón comercial. Se destacan las diferencias de impedancia entre la configuración de cuatro terminales y la configuración de dos terminales, lo que pone en evidencia la importancia de tener una configuración directa de cuatro terminales cuando se investigan dispositivos bajo prueba de baja impedancia.
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