Cálculos de primeros principios de almacenamiento de litio en grafito fluorado

EMILIANO PRIMO; FABIANA GUTIERREZ; GUILLERMINA LUQUE; PABLO DALMASSO; AURELIEN GASNIER; YAMILE JALIT; MÓNICA MORENO; MARÍA BRACAMONTE; MARCOS EGUILAZ RUBIO; MARÍA PEDANO; MARCELA RODRÍGUEZ; NANCY FERREYRA; MARÍA RUBIANES; SOLEDAD BOLLO; GUSTAVO A. RIVAS

Córdoba

Encuentro; Nanocordoba 2014; 2014

Hoy en día las baterías de ion-litio presentan la solución tecnológica más prometedora para el almacenamiento de energía en numerosas aplicaciones, desde dispositivos electrónicos pequeños hasta vehículos eléctricos y almacenamiento de energía eléctrica de red [1]. Una batería recargable de este tipo y adecuado tamaño permitiría reemplazar el motor a combustión interna de los vehículos actuales por un motor eléctrico, y así poder cambiar a una nueva generación de vehículos eléctricos de transporte. Por otra parte, una batería estacionaria (o de ?load levelling?) puede almacenar eficientemente energía eléctrica generada por el sol o el viento, para ser utilizada bajo situaciones de demanda hogareña o para recarga de vehículos de transporte [2]. Usualmente las baterías comerciales de ion-litio utilizan materiales carbonosos como ánodos. El grafito, con una capacidad teórica de 372 mAh g−1 ha sido empleado predominantemente como material de ánodo debido a sus características, que incluyen bajo costo, fácil manipulación, procesamiento y estabilidad química, y buena reversibilidad para el proceso de intercalación/desintercalación; además de tener excelentes características electroquímicas [3]. La composición del material grafítico tiene una importante influencia en el comportamiento del grafito como ánodo. Recientemente, la funcionalización del grafito con fluor ha sido propuesta para la mejora de la performance de grafito como ánodo. La fluoración incrementa el desorden superficial y reduce parcialmente el oxígeno superficial produciendo un incremento en la capacidad de carga de la batería. Es sabido que la naturaleza del enlace C-F se relaciona con la temperatura de fluoración del carbono. A temperaturas cercanas a 600° C el carbono se hibridiza a sp3 característica de una enlace C-F de tipo covalente, mientras que a temperaturas menores, entre 100-300° C la naturaleza del enlace es de tipo iónico del fluor con la estructura carbonosa en donde la hibridización sp2 de la estructura de carbono es mantenida [4]. En este trabajo, se presentan estudios por medio de cálculos de primeros principios de grafito, grafito oxidado y grafeno; fluorinados covalentemente y iónicamente y su interacción con litio. Además se realizaron estudios comparativos de la cloración de estas mismas estructuras y su interacción con iones litio e iones sodio. Referencias: [1] M.S. Whittingham, Chem. Rev. 104, 4271 (2004). [2] J. B. Goodenough, K. Park. J. Am. Chem. Soc. 135, 1167 (2013). [3] K. Amine, R. Kanno, Y. Tzeng, Materials Research Society. 39, 395 (2014). [4] H. Groult, T. Nakajima, L. Perrigaud, Y. Ohzawa, H. Yashiro, S. Komaba, N. Kumagai. J. Fluorine Chem. 126 (2005).