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

FERNANDEZ, FRANCISCO; OTERO, MANUEL; PAZ, S. ALEXIS; LEIVA, EZEQUIEL P. M.

Congreso; NANO2022: XXI encuentro de superficies y materiales nanoestructurados.; 2022

En los ánodos de próxima generación para baterías de litio, el silicio es un material sumamente relevante ya que forma aleaciones con el litio logrando una capacidad teórica de 3579 mAh/g, diez veces mayor a la del ánodo de grafito empleado actualmente. Además de esta característica, lo que también hace atractivo al silicio es que es un material barato, abundante y ambientalmente amigable. A pesar de esto, el mismo presenta un gran cambio de volumen, del orden del 300%, durante la litiación y la delitiación, y cambios estructurales que provocan una pérdida irreversible de la capacidad. La importancia de estudiar estructuras amorfas de Li-Si se debe a que las mismas se forman durante el ciclado. Un conocimiento más detallado sobre estas estructuras permite a los investigadores optimizar las diferentes propuestas para superar las limitaciones mencionadas anteriormente. En este trabajo estudiamos distintas propiedades de estructuras amorfas LixSi, como son el potencial de litiación, la variación de volumen y la función de distribución radial de a pares, obteniendo un excelente contraste con los resultados experimentales electroquímicos y de DRX, respectivamente. Información detallada sobre la definición de las configuraciones iniciales y el método de simulación empleado, exploración acelerada de mínimos locales (AELM), pueden encontrarse en un artículo ya publicado [1]. En particular, se definió un nuevo parámetro θ a los fines de caracterizar el orden de corto alcance de estructuras amorfas que cumple las mismas propiedades que el parámetro de Warren-Cowley, definido para estructuras cristalinas. Según el valor que se obtenga se puede afirmar si la distribución de átomos en el sistema es completamente aleatoria (nulo), tiene preferencia por unir átomos de distinto tipo (negativo) o del mismo tipo (positivo). El mismo relaciona la concentración local con la concentración global y se calcula a partir de la distribución radial de a pares. En la Figura 1 se muestra el comportamiento de este parámetro en función de la concentración de litio para cada par de interacciones posibles. Los valores obtenidos de θ reflejan interacciones débiles entre Li-Li y fuertes entre Si-Li y Si-Si. Los resultados obtenidos, y su contraste con mediciones experimentales, demuestran que es posible y necesario el estudio detallado de las estructuras amorfas formadas durante el ciclado para una correcta descripción del sistema. REFERENCIAS 1. Fernandez, F., Paz, S.A., Otero, M., Barraco, D. and Leiva, E.P, Physical Chemistry Chemical Physics, 23 (2021) 16776-16784.