O eletrodo de referência

Um grande aliado nos ensaios de caracterização e na detecção de falhas

As células chumbo-ácido são compostas por eletrodos positivos a base de dióxido de chumbo e eletrodos negativos a base de chumbo esponjoso, ambos imersos em uma solução de ácido-sulfúrico, que produzem um potencial em repouso na ordem de 2,13Volts.
Geralmente ao submeter as células a regimes de descarga, aplicamos uma corrente constante e medimos a tensão entre os eletrodos, sendo que as principais especificações de ensaios limitam a tensão mínima por célula em 1,75Volts para ensaios de capacidade, como por exemplo C20, C10, C5… e 1,2Volts para ensaios com alta corrente, como por exemplo os ensaios de CCA.

A tensão ao final da descarga é o resultado da interação entre os eletrodos positivos e negativos de cada célula, sendo que a medição da tensão sobre estes pode ajudar a entender o comportamento de cada eletrodo, assim como direcionar os projetistas para melhorias no design.

Mas afinal, como podemos realizar a medição de cada eletrodo de forma independente?

A solução está no eletrodo de referência, este gera um ponto intermediário entre os eletrodos positivos e negativos e com isso possibilita a leitura das tensões individuais, tornando possível analisar não somente a tensão das células mas também a tensão de cada eletrodo e com isso encontrar o limitante.

Na figura 1 podemos verificar as tensões dos eletrodos positivo e negativo com relação ao eletrodo de referência, a tensão da célula nada mais é do que a somatória das tensões:

Exemplo de experimento com eletrodo de cádmio

Vamos supor que determinada bateria de chumbo ácido de 6 elementos, tenha apresentado um desempenho ruim em um ensaio de C20 e desejamos investigar qual elemento está limitando o ensaio de capacidade.

Para isso, devemos deixar os elementos da bateria expostos de forma que seja possível medir a tensão em cada célula, na sequência devemos descarregar a bateria completamente até atingir a tensão de 10,5Volts. Para realizar a medição após o ensaio de C20 é recomendando manter a tensão da bateria em 10,5Volts, então após a descarga de C20, sem recarregar a bateria, recomenda-se descarregar novamente, mas desta vez com tensão constante por tempo suficiente para realizar as medições.

Crie um programa no iDCLT View, conforme a figura 2:

Após o envio do programa, realize a medição em cada elemento da bateria, colocando o eletrodo de cadmio em contato com o eletrólito, mas não encostando em nenhuma conexão ou placa. Realize a medição com um multímetro, utilizando sempre o eletrodo de cadmio como referência na ponta de prova negativa e encostando a ponta de prova positiva nos eletrodos positivos e negativos respectivamente.

Durante o ensaio de descarga, espera-se um comportamento dos eletrodos conforme a figura 3, entretanto dependendo da quantidade de eletrodos positivos e negativos, densidade do eletrólito este comportamento pode variar, portanto é importante observar as demais células e a que apresentar um comportamento diferente, provavelmente será a limitante.

A figura 4 ilustra um exemplo de medições realizadas apontando para o eletrodo positivo da 3ºcélula como limitante:

A figura 5 ilustra um exemplo apontando para o eletrodo negativo da 5ºCélula como limitante:

Observações:

• Os dados apresentados acima são fictícios e foram criados para exemplificar as análises, estes podem não retratar o real comportamento dos elementos durante um ensaio de C20, portanto não devem ser utilizados como parâmetro.
• O eletrodo de cádmio tende a ser instável e deve ser utilizado apenas para fins investigativos, este apresenta bons resultados, porém não é preciso, para análises mais criteriosas materiais mais nobres devem ser utilizados, assim como métodos mais criteriosos de análise.
• O eletrodo de cádmio tende a sofrer corrosão durante o processo de carga e descarga da bateria, uma vez que correntes parasitas podem surgir, é indicado utilizá-lo apenas para medições pontuais.
• O instrumento de medição deve possuir impedância de entrada alta, a fim de diminuir as correntes parasitas que fluem entre os eletrodos e o eletrodo de referência.

A iDevices fornece equipamentos para realização deste tipo de ensaio e kits para medições externas, consulte o nosso time de especialistas para mais informações.

Autor: Bruno Santos.

Fontes:
http://www.siranah.de/html/sail080e.htm#:~:text=The%20discharge%20reaction%20at%20the,as%20the%20standard%20electrode%20potential.
https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-discharge-curves-for-positive-and-negative-electrodes-in-lead-acid-cell_fig7_223083255
https://app.periodikos.com.br/article/10.5281/zenodo.4408710/pdf/ajce-02-01-1.pdf
https://www.bulldog-battery.com/wp-content/uploads/2018/05/Cadmium-Electrode-Copy.pdf