¿Qué es un Galvanostato?
Un galvanostato es un dispositivo electroquímico que desencadena reacciones químicas o detecta cambios físicos al aplicar una tensión a una muestra. Suele utilizarse junto con potenciostatos, que son también dispositivos electroquímicos.
Ambos dispositivos operan en una celda que incluye tres tipos de electrodos: uno de muestra, un contraelectrodo y un electrodo de referencia. Mientras que los potenciostatos regulan la tensión, los galvanostatos controlan la corriente en el sistema electroquímico.
Usos de los Galvanostatos
Los galvanostatos se utilizan en cronopotenciometría y pruebas de descarga de baterías.
1. Cronopotenciometría
Este enfoque implica seguir los cambios de potencial a lo largo del tiempo para recopilar datos. Normalmente, aplicamos una corriente constante al electrodo de muestra y observamos los resultados en ausencia de flujo entre este electrodo y el electrolito.
Los parámetros obtenidos incluyen la concentración de sustancias implicadas en la reacción redox y el coeficiente de difusión. Para hacer frente a las reacciones redox de los componentes presentes en el electrolito, se utiliza platino como electrodo para esta medición, ya que no se disuelve fácilmente en iones.
2. Descarga de la Batería
Las baterías pueden ser primarias o secundarias. Las baterías primarias son baterías usadas y sólo pueden descargarse. Las baterías secundarias, en cambio, pueden descargarse y recargarse y pueden utilizarse repetidamente.
Los galvanostatos se utilizan para evaluar el rendimiento de descarga y recarga. Las baterías de iones de litio son ejemplos de baterías recargables que pueden descargarse y recargarse. Las baterías de iones de litio se utilizan en teléfonos inteligentes y vehículos híbridos.
Principio de los Galvanostatos
En el proceso de medición con galvanostatos, se requieren un generador de señales y una computadora, además del objeto que se va a medir. Para generar señales, se emplea un analizador de respuesta en frecuencia (FRA), que añade una curva sinusoidal con una frecuencia constante. Esta curva sinusoidal generada por el FRA se introduce en el galvanostato, que a su vez produce una tensión.
La tensión generada por el galvanostato provoca el flujo de una corriente a través del objeto que está siendo medido. La señal de respuesta emitida por la muestra se introduce nuevamente en el galvanostato para su análisis.
La señal de entrada al galvanostato se convierte en una onda y se introduce en el FRA. En este momento, se genera una onda seno (omega) con un desplazamiento de fase de ω (omega) a partir de la onda seno de entrada. El desfase depende del objeto a medir.
La onda seno (ω) se transforma de Fourier en el FRA y sólo se extraen los componentes de la frecuencia de medición. Por último, los datos extraídos por la transformada de Fourier se envían a un PC. El control de estos valores permite evaluar cuantitativamente los parámetros.
Más Información sobre Galvanostatos
1. Principio del FRA
El FRA (Frequency Response Analyzer), también llamado analizador de respuesta en frecuencia, es un dispositivo que aplica una señal sinusoidal a un objeto sometido a prueba y observa su respuesta en frecuencia. El FRA utiliza un método de correlación digital denominado SSC (Single Sine Correlation) para determinar la impedancia.
Con una precisión básica de amplitud del 0,1% y una precisión básica de fase del 0,1°, el FRA es el método de medición más utilizado en las aplicaciones de medición electroquímica. La señal de respuesta devuelta por el objeto de medición no sólo contiene la frecuencia de la señal de entrada, sino también otros componentes de frecuencia.
Para obtener sólo la frecuencia de la señal de entrada, el FRA multiplica la señal de respuesta por una onda sinusoidal en fase con la señal de entrada y una onda sinusoidal con un desplazamiento de fase de 90°. Al separar los componentes de frecuencia en componentes reales e imaginarios, es posible adquirir los mismos componentes de frecuencia que la señal de entrada en la señal de respuesta.
2. Características del FRA
Una de las características del FRA es su excelente función de reducción del ruido: el FRA puede reducir los componentes de alta frecuencia a -60 dB o menos en una sola medición utilizando el método de correlación de seno único, y pueden eliminarse más componentes de ruido aumentando el número de integraciones. Incluso si la señal que va a analizarse tiene una amplitud inferior al ruido, puede extraerse.
Otra ventaja es la amplia gama de frecuencias (de 10 uHz a 1 MHz) en la que se pueden realizar mediciones. La distorsión de la forma de onda se elimina gracias al procesamiento digital, incluida la salida del oscilador interno.