Estudio DFT de interacción de litio con distintos polimorfos de óxido de titanio

F. P. BONAFÉ; F. Y. OLIVA; G. L. LUQUE

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

ESTUDIO DFT DE INTERACCIÓN DE LITIO CON DISTINTOS POLIMORFOS DE ÓXIDO DE TITANIO Franco P. Bonafé, Fabiana Y. Oliva, Guillermina L. Luque Introducción: Uno de los problemas de seguridad de las baterías de ión-litio actuales se origina en una distribución no homogénea de los iones Li+ dentro de los materiales del ánodo. Esta distribución heterogénea puede provocar la sobrecarga local en algunas partes del electrodo y conducir a un envejecimiento acelerado, pérdida de la capacidad de carga y finalmente falla global de la celda1,2. Los titanatos de litio son considerados como buenos candidatos de ánodo por requerimientos de seguridad dado que su potencial de operación evita la formación o deposición de litio metálico en el proceso de recarga; y por tener un cambio de volumen despreciable a lo largo del proceso salida/entrada de los iones Li+ que ocurre en el ciclo de descarga/recarga3,4. Estos materiales no solo pueden aportar una alta velocidad de transferencia de carga a nivel superficial (por transporte de iones Li+) sino también pueden ofrecer la posibilidad de un mayor almacenamiento electroquímico de litio interfacial, lo que permitiría producir baterías con mayor densidad energética (cantidad de carga almacenada por unidad de peso), una propiedad que resulta de enorme interés de conseguir para las baterías destinadas a impulsar vehículos eléctricos5. El diseño de nuevos materiales para baterías requiere un entendimiento microscópico de los sitios estables en los cuales se puede alojar el litio y los caminos de difusión iónica, información que es difícil de obtener por medios experimentales. Por lo tanto, se plantea estudiar a través de cálculos de teoría funcional de la densidad (DFT), distintos polimorfos de TiO2 (anatasa y rutilo) y su interacción con iones Li+. Objetivos: Contribuir al conocimiento de diferentes polimorfos de óxido de titanio y el efecto de la incorporación de cationes de metales alcalinos, particularmente litio (Li+), en éstas estructuras. Resultados: Se estudiaron por medio de cálculos DFT y DFT+U (DFT con corrección de Hubbard) las interacciones de ion litio con las diferentes estructuras y los cambios conformacionales que se producen debido a su inserción. Se realizó también un estudio del efecto de la concentración de litio en la interacción con las diferentes estructuras de óxido de titanio y el efecto de la concentración del ion en la energía de adsorción y en los cambios conformacionales que éste produce. Conclusiones: La energía de adsorción observada de ion litio es dependiente de la estructura de óxido de titanio sobre la que se adsorbe y de la concentración de iones litio. Esta inserción produce cambios conformacionales en las distintas estructuras. Referencias bibliográficas 1. Flandrois, S.; Simon, B.: Carbon 1999, 37, 165. 2. Fujimoto, H.; Mabuchi, A.; Tokumitsu, K.; N. Chinnasamy, T. Kasuh, J. Power Sources, 2011, 196, 1365. 3. Amine, K. ; Belharouak, I.; Chen, Z.H. ; Tran, T.; H. Yumoto, N. Ota, S.T. Myung, Y.K. Sun, Adv. Mater. 22 (2010) 3052. 4. ] .B. Scrosati, J. Garche, J. Power Sources 195 (2010) 2419. 5. S. H. Ju, Y.C. Kang, J. Power Sources 195 (2010) 4327. .