DESCOMPOSICIÓN DE Li2S EN SOLVENTE EXPLÍCITO

COSTELLO VERÓNICA VIVIANA; LOBO MAZA FLAVIA; LÓPEZ MARÍA BEATRIZ; ZOLOFF MICHOFF MARTÍN

La Plata

Workshop; IX Workshop on Novel Methods for electronic structure calculations; 2021

Universidad Nacional de La Plata

La capacidad específica de almacenamiento de las baterías de litio recargables actuales supone una seria limitación para su uso en aplicaciones tales como vehículos eléctricos. Una de las tecnologías más promisorias para la próxima generación de baterías de Li son las baterías recargables de litio-azufre (Li-S) [1-5]. Éstas están basadas en un cátodo de un compósito de azufre, un electrolito orgánico y litio metálico como material activo para el ánodo. Sin embargo, la implementación de baterías de Li-S en aplicaciones de la vida diaria todavía presenta varios inconvenientes técnicos que deben superarse.Una posible solución con un gran potencial es el uso de sulfuro de litio como material catódico ya que es posible acoplarlo a ánodos libres de Li, tales como grafito, Si o Sn. No obstante, tanto el sulfuro de litio, al igual que el azufre, son aislantes electrónicos e iónicos, con un alto potencial de activación para su paso de oxidación inicial. Para superar este problema, se han explorado diferentes estrategias, como por ejemplo el uso de superficies catalíticas [6,7]. En un trabajo anterior en nuestro grupo de trabajo, se estudió mediante cálculos de primeros principios, el efecto de la constante dieléctrica sobre la barrera de activación para la descomposición de Li2S sobre distintas superficies reactivas, tales como grafeno y sulfuros de metales de transición [8]. Se observó que un incremento en el valor de la constante dieléctrica produce una dramática reducción de la barrera de activación de la reacción.Sin embargo, se ha sugerido que otro factor importante que gobierna las reacciones en solventes orgánicos es el denominado “número donor” (DN) [9], el cual es una medida de la capacidad del solvente para formar complejos con iones en solución. Esto implica que para mejorar la descripción del efecto del solvente en la reacción de descomposición de Li2S, es necesario incluir moléculas explícitas de solvente para modelar la primera esfera de solvatación de los reactantes y productos.En el presente trabajo, se determinan, mediante cálculos DFT, las barreras para la descomposición del Li2S aislado (en ausencia de una superficie catalítica) y dónde el efecto del solvente es modelado con la introducción de moléculas explícitas de DOL (1,3-dioxolano), DME (dimetil éter) y DMF (dimetilformamida), en combinación con una descripción implícita, en la cual el sistema es embebido en un dieléctrico continuo. Los cálculos computacionales se realizaron empleando el programa Quantum Espresso (QE). La energía de barrera de descomposición para Li2S aislado se utilizó el método de banda elástica con imagen ascendente (CI-NEB). El efecto del solvente es introducido como un dieléctrico continuo polarizable, tal como se implementa en la librería Environ.