TiO2 COMO MATERIAL DE ÁNODO PARA BATERÍAS DE ION-LITIO: UN ESTUDIO COMPUTACIONAL

BONAFÉ, F.P., OLIVA F.Y. Y LUQUE G.L.

Córdoba

Congreso; HYFUSEN 2013 5to. Congreso Nacional - 4to. Congreso Iberoamericano HIDRÓGENO Y FUENTES SUSTENTABLES DE ENERGÍA; 2013

TiO2 COMO MATERIAL DE ÁNODO PARA BATERÍAS DE ION-LITIO: UN ESTUDIO COMPUTACIONAL Bonafé, F.P.(1), Oliva F.Y.(1) y Luque G.L.(2) (1) INFIQC, Departamento de Físico Química, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Ciudad Universitaria, 5000 Córdoba, Argentina. fbonafe@fcq.unc.edu.ar. (2) INFIQC, Departamento de Matemática y Física, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Nacional de Córdoba, Ciudad Universitaria, 5000 Córdoba, Argentina. gluque@fcq.unc.edu.ar. Palabras Claves: baterías, litio, óxido de titanio, DFT. La creciente demanda energética acompañada por el agotamiento de los combustibles fósiles produce mayor interés en el desarrollo de baterías de ion-litio como vector energético. Es conocido que los materiales basados en óxido de titanio son buenos candidatos de ánodo debido a que su potencial de operación evita la formación o deposición de litio metálico en el proceso de recarga, y a que el cambio de volumen en los óxidos de titanio es despreciable a lo largo del proceso salida/entrada de los iones Li+ durante los ciclos de descarga/recarga1,2. Por lo tanto, el uso de estos materiales permitiría producir baterías con mayor densidad energética y velocidad de transferencia de carga; propiedades que resultan de gran interés para el desarrollo de baterías destinadas a impulsar vehículos eléctricos3. Los cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad electrónica (DFT) permiten estudiar la estabilidad de los diferentes sitios estructurales que pueden alojar litio, la energía de interacción y la dinámica de la inserción de litio a nivel atómico. Si bien la geometría del litio intercalado y las barreras de energía para su movilidad en la fase bulk de anatasa4,5 y TiO2 amorfo5 han sido estudiados, no se ha evaluado la dinámica superficial de la interacción de litio con TiO2 y los efectos que esto tiene sobre el potencial de operación de una batería. En este trabajo se estudió la interacción del litio en una interfaz sólido-líquido a través de cálculos DFT empleando la aproximación de gradientes generalizados (GGA). Para ello se empleó el código Quantum Espresso7. La superficie se logró replicando periódicamente superceldas de anatasa y rutilo. Se calculó la energía de inserción del litio en las estructuras mencionadas, encontrando las posiciones más estables y se calcularon las barreras de activación mediante el método de la banda elástica (NEB). La estructura electrónica se estudió calculando la densidad de estados (proyectada) y la diferencia de densidad de carga. Referencias: 1. Amine, K.; Belharouak, I.; Chen, Z. H.; Tran, T.; Yumoto, H.; Ota, N.; Myung, S.T.; Sun, Y. K. Adv. Mater. 22 (2010) 3052. 2. B. Scrosati, J. Garche, J. Power Sources 195 (2010) 2419. 3. Ju, S. H.; Kang, Y. C. J. Power Sources 195 (2010) 4327. 4. Tielens, F.; Calatayud, M.; Beltrán, A.; Minot, C.; Andrés, J. J. Electroanal. Chem. 581 (2005) 216. 5. Yildirim, H.; Greeley, J.; Sankaranarayanan, S. J. Phys. Chem. C 115 (2011) 15661. 6. Morgan, B. J.; Watson, G. W.; Phys. Rev. B 82 (2010) 144119. 7. Giannozzi P. et al; J. Phys.: Condens. Matter 21 (2009) 395502.