Cálculos ab initio sobre titanatos de litio relacionados con ánodos de baterías de ion-litio

LUIS REINAUDI; MARÍA CECILIA GIMÉNEZ; SEBASTIÁN AMAYA RONCANCIO; OSVALDO R. CÁMARA; FABIANA Y. OLIVA; EZEQUIEL P. M. LEIVA

Villa Carlos Paz

Congreso; XX Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2017

AAIFQ

MotivaciónLas baterías de ion-litio ofrecen una densidad de energía significativa y una larga duración. Su aplicación está destinada al mercado automotriz y, entre otros, computadoras portátiles, teléfonos, motocicletas y herramientas. Los ánodos más comúnmente utilizados son de grafito, pero se están estudiando muchos otros sistemas posibles, tales como silicio, estaño y diversos titanatos.Entre las ventajas que proporcionarían los ánodos de titanato de litio pueden enumerarse las siguientes:1) son baratos, seguros y fáciles de preparar. 2) Buena movilidad del ion Li+ (mayor que en el grafito). 3) Cambios insignificantes en el volumen y en el parámetro de red durante el proceso de carga y descarga. 4) Se observa poca formación de la interfase sólido/electrolito (SEI) y poca descomposición del electrolito. 5) Buena reversibilidad en el proceso de inserción-desinserción de iones Li+ con buena estabilidad estructural.Si bien tienen una capacidad de carga menor que los de grafito, las ventajas que presentan los ánodos de titanato de litio los siguen haciendo muy buenos candidatos para su uso en situaciones donde la masa no es un condicionante, tales como baterías estacionarias o en vehículos pesados.ResultadosEn el área experimental se han realizado estudios morfológicos y electroquímicos de diferentes compuestos de titanato (Li4Ti5O12, Na2Ti3O7, Na2Ti6O13 y H2Ti3O7) como materiales activos para ánodos de baterías de iones de litio. Se observó una alta capacidad de almacenamiento de litio (hasta 110 mAh g) para Li4Ti5O12, por lo que este compuesto es el más prometedor para su uso como ánodo en baterías de litio. En este contexto, presentamos aquí cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) de diferentes titanatos de litio relacionados con Li4Ti5O12 y Li7Ti5O12, que son las formas deslitiada (tal y como se sintetiza) y litiada (a través de carga galvanostática), respectivamente. Debido a la complejidad de las estructuras reales, hemos calculado algunas estructuras relacionadas de la forma LixTi2O4, con 0 ≤ x ≤ 2, ya que las estructuras originales presentan una mezcla aleatoria de átomos de Li y Ti en un tipo particular de sitios.ConclusionesSe estudiaron las estructuras de los compuestos LixTi2O4, con 0 ≤ x ≤ 2 encontrando el parámetro de red óptimo para los casos X=0, X=1 y X=2. También realizamos cálculos de la densidad de estados electrónica (DOS) y diferencia de la densidad electrónica para estudiar los sitios de acumulación y disminución de carga ante la carga de litio.