TiO2 como material de ánodo para baterías de ion litio: un estudio computacional

FRANCO P BONAFÉ; FABIANA Y OLIVA; GUILLERMINA L LUQUE

Córdoba

Congreso; 5to. Congreso Nacional - 4to. Congreso Iberoamericano - Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía; 2013

Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable - Comisión Nacional de Energía Atómica

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 dado que su potencial de operación evita la formación o deposición de litio metálico en el proceso de recarga y el cambio de volumen despreciable a lo largo del proceso salida/entrada de los iones Li+ durante el ciclo de descarga/recarga. 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 eléctricos. Los cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad electrónica (DFT) permiten comprender la estabilidad de los sitios que pueden alojar litio, la energía de interacción y la dinámica de la inserción de litio a nivel atómico. La geometría del litio intercalado y las barreras de energía para su movilidad en la fase bulk de anatasa y TiO2 amorfo han sido estudiados. Sin embargo no se ha evaluado la dinámica superficial de la interacción de litio con TiO2, que tiene efectos 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 Espresso. La superficie se logró replicando periódicamente superceldas de anatasa y rutilo. Se calculó la energía de inserción del litio en las estructuras mencionadas, se encontraron 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.