Orden de corto alcance de estructuras amorfas en ánodos de Silicio utilizando un potencial reactivo semi-empírico

Río Cuarto/Online

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2022

En los ánodos de próxima generación para baterías de litio, el silicio es un material sumamenterelevante ya que forma aleaciones con el litio logrando una capacidad teórica de 3579 mAh/g, diez vecesmayor a la del ánodo de grafito empleado actualmente. Además de esta característica, lo que también haceatractivo al silicio es que es un material barato, abundante y ambientalmente amigable. A pesar de esto, elmismo presenta un gran cambio de volumen, del orden del 300%, durante la litiación y la delitiación, y cambiosestructurales que provocan una pérdida irreversible de la capacidad. La importancia de estudiar estructurasamorfas de Li-Si se debe a que las mismas se forman durante el ciclado. Un conocimiento más detallado sobreestas estructuras permite a los investigadores optimizar las diferentes propuestas para superar las limitacionesmencionadas anteriormente.En este trabajo estudiamos distintas propiedades de estructuras amorfas Li x Si, como son el potencialde litiación, la variación de volumen y la función de distribución radial de a pares, obteniendo un excelentecontraste con los resultados experimentales electroquímicos y de DRX, respectivamente. Informacióndetallada sobre la definición de las configuraciones iniciales y el método de simulación empleado, exploraciónacelerada de mínimos locales (AELM), pueden encontrarse en un artículo ya publicado [1].En particular, se definió un nuevo parámetro θa los fines de caracterizar el orden de corto alcance deestructuras amorfas que cumple las mismaspropiedades que el parámetro de Warren-Cowley,definido para estructuras cristalinas. Según el valor quese obtenga se puede afirmar si la distribución deátomos en el sistema es completamente aleatoria(nulo), tiene preferencia por unir átomos de distintotipo (negativo) o del mismo tipo (positivo). El mismorelaciona la concentración local con la concentraciónglobal y se calcula a partir de la distribución radial de apares. De este modo, aunque este sistema tieneformalmente dimensiones infinitas, exhibe diferentespropiedades características que se manifiestan en laescala del nanómetro. En la Figura 1 se muestra elcomportamiento de este parámetro en función de laconcentración de litio para cada par de interacciones posibles. Los valores obtenidos de θ reflejaninteracciones débiles entre Li-Li y fuertes entre Si-Li y Si-Si.Los resultados obtenidos, y su contraste con mediciones experimentales, demuestran que es posibley necesario el estudio detallado de las estructuras amorfas formadas durante el ciclado para una correctadescripción del sistema.REFERENCIAS1. Fernandez, F., Paz, S.A., Otero, M., Barraco, D. and Leiva, E.P, Physical Chemistry Chemical Physics, 23(2021) 16776-16784.