Estudio computacional de sistemas mixtos Si / Grafeno para almacenamiento de litio

M.L. URQUIZA TOLEDO; M. OTERO; D. BARRACO; G.L. LUQUE, E.P.M. LEIVA

Congreso; XIX Congreso Argentino de Físicoquímica y Química Inorgánica; 2015

Las baterías de ion-litio han tomado gran relevancia debido a su aplicación tecnológica en dispositivos electrónicos portátiles y se presentan como una vía para remplazar a los hidrocarburos en la industria automotriz. Para cumplir esta meta en necesario optimizar el almacenamiento de energía por unidad de masa y volumen. Actualmente los ánodos de estas baterías, fabricados en base a grafito, presentan una capacidad de almacenamiento de 372 mAh/g durante más de mil ciclos. El Silicio surge como una alternativa de interés industrial debido a que presenta una capacidad 10 veces mayor (4008 mAh/g) y es un material abundante en la corteza terrestre. Lo que limita el empleo de este material es su baja ciclabilidad como consecuencia de la expansión volumétrica durante los procesos de carga y descarga. Existen numerosos trabajos experimentales que proponen diferentes combinaciones y estructuras de silicio y grafito para generar un material con una gran capacidad y buena ciclabilidad [1]. En este trabajo se presenta el estudio por medio de cálculos de primeros principios de la inserción de átomos de litio entre capas de grafeno decoradas con silicio. Se analizan estructuras con bajo cubrimiento de silicio de manera de comprender la interacción entre los átomos de Si y las láminas de grafeno. Se estudia la interacción de litio en estas estructuras y se compara con la inserción entre láminas de grafeno sin modificar. Se observa que la presencia de silicio afecta notablemente la energía y posición de los átomos de litio logrando estabilizar al sistema. Los cálculos fueron realizados con el paquete Quantum-Espresso [2] que opera en base a la teoría funcional de la densidad electrónica con ondas planas. La energía de corte de las ondas planas fue de 680 eV. Se utilizaron pseudospotenciales ultrasoft y los efectos de correlación intercambio fueron descriptos mediante la aproximación PW91. Para modelar el sistema se empleó una celda de 20 Å con dos láminas de grafeno optimizando la distancia entre las mismas para cada estructura. [1] ? M.L. Terranova,S. Orlanducci, E. Tamburri, V. Guglielmontti, M. Rossi, Journal of PowSources, 246 (2014) 167-177 [2] ? Giannozzi P. et al; J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 395502