Estudio teórico y Experimental de la intercalación de AlF3 en grafito: una aplicación en sistemas de batería de doble ión

SINDY JULIETH RODRÍGUEZ SOTELO; ADRIANA CANDIA; MARIO PASSEGUI ; ALBANESI, EDUARDO ALDO; JULIO FERRÓN; GUSTAVO RUANO

Santa fe

Congreso; 104ª Reunión de la Asociación Física Argentina; 2019

Las baterías de doble ion (DIBs), se basan en la intercalación (extracción) de cationes y aniones en los ánodos y cátodos de las baterías cuando están cargadas (descargadas). En este caso particular, los aniones son proporcionados por un electrolito, en lugar del  ánodo o cátodo. El principal desafío de estos sistemas consiste en encontrar, por un lado, un electrolito adecuado que tenga una intercalación (de-intercalación) reversible de los aniones hacia (desde) el electrodo y, por otro lado, un electrolito electroquímicamente estable. En general, el grafito es uno de los materiales mas utilizados en las DIBs ya que su estructura en capas es altamente configurable y, ademas, posee propiedades fisicoquímicas únicas (el grafito puede acomodar una variedad de iones y moléculas para formar compuestos de intercalación). A pesar del progreso considerable en el desarrollo de las DIBs, en la actualidad se requiere explorar la naturaleza de las interacciones generadas entre los aniones y el grafito en los diferentes procesos de intercalación, a fin de conocer en detalle, que configuraciones son las mas estables e identificar como se da el proceso de transferencia de carga. En este trabajo se presentan los primeros resultados teóricos y experimentales de la intercalación de fluoruro de aluminio (AlF3) en grafito en fase gas. El estudio realizado mediante microscopía túnel de barrido en ultra alto vacío (STM-UHV) permitió observar la presencia de super-estructuras producto de perturbaciones en la estructura electrónica del grafito [1,2] causadas por la presencia del AlF3 intercalado entre las capas del sustrato [3]. Mediante espectroscopia de fotoemisión de rayos-X (XPS) se observo que la estequiometría de la molécula depositada se mantiene inalterada en todo el rango de dopado, y según el recubrimiento se distinguen dos comportamientos distintos; para dosis bajas (intercalación) se observan diferencias relativas en la energía de ligadura de las señales Al2p y F1s de hasta 0.1 eV con variaciones en el entorno químico del F, en cambio para dosis altas (generación de multicapas) se observan corrimientos rígidos en energía de ligadura de los niveles antes mencionados, estabilidad en el entorno químico del F y el desarrollo del badgap propio del AlF3 bulk. Teóricamente, haciendo uso del formalismo de la teoría de la densidad funcional (DFT) con correcciones tipo van der Waals, se reporta la configuración mas estable, y las densidades de estados y carga.