بررسی نظری خواص و رفتار LiFeSO4F به عنوان کاتد باتری لیتیم-‌یون با استفاده از نظریه تابعی چگالی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی پژوهشگاه مواد و انرژی

2 پژوهشکده نانو، پژوهشگاه مواد و انرژی، تهران، ایران

3 پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، تهران، ایران

چکیده

کاتد در باتری‌های لیتیم-یون مهمترین بخش و تعیین کننده کارآیی و رفتار این وسایل ذخیره انرژی می‌باشد. ماده کاتدی LiFeSO4F با ساختار تاووریت و گروه فضایی C2/c مورد بررسی نظریه تابعی چگالی (DFT) با استفاده از کد Wien2k قرار گرفت. محاسبات با استفاده از روش‌های GGA، GGA+U و PBE-Fock-α (از روش های Hybrid functionals، HF) انجام شدند. محاسبات ساختاری نشان داد این کاتد پس از خروج لیتیم پایداری خود را حفظ می‌نماید. محاسبات ولتاژ نظری نشان داد نزدیک‌ترین مقادیر محاسبه شده ولتاژ به مقدار آزمایشگاهی (V 3.9) متعلق به روش‌هایHF و GGA+U است. بر طبق چگالی حالات (DOS) محاسبه شده، ساختار قبل از خروج لیتیم نیمه‌هادی نوع n و ساختار پس از خروج لیتیم نیمه هادی نوع p می‌باشد. با وجود اینکه به دلیل ساختار باز این کاتد انتظار می رود نرخ‌پذیری این کاتد مناسب باشد، با این حال ترکیب دیود بایاس معکوس اتصال p-n موجب نرخ‌پذیری کمتر این کاتد نسبت به کاتدهای اکسیدی شده است. برای اولین بار، نوار ممنوعه ذاتی‌وار و غیرذاتی‌وار برای این کاتد با روش‌های مختلف محاسبه و گزارش شدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Theoretical evaluation of properties and behaviors of LiFeSO4F as a Li-ion battery cathode material: a DFT study

نویسندگان [English]

  • Masoud Momeni 2
  • Mahziar Hafizi 3
2 Materials and Energy research Center (MERC), Tehran, I.R. Iran.
3 Materials and Energy research Center (MERC), Tehran, I.R. Iran.
چکیده [English]

Cathode is the most important part of Li-ion batteries and it determines performance and behavior of these energy storage devices. LiFeSO4F as a cathode material with Tavvorite structure and C2/c space group is investigated by density functional theory (DFT) using Wine2k program package. Calculation were performed by different methods GGA, GGA+U and PBE-Fock-α (a Hybrid Functionals method, HF). Structural calculations were demonstrated structural stability after Lithium ion extraction. Theoretical voltage was evaluated, using total energy of the considered structures. The most agreeable calculated voltage in comparison with the experimental value (3.9 V) belongs to HF method. According to obtained Density of States (DOS) diagrams, lithiated structure is n-type semiconductor and delithiated structure is p-type semiconductor. This material had been suggested as a potentially high rate capable cathode due to its unclose structure and high diffusion coefficient of Li-ions in the structure; however, inversely-biased-diode phenomenon turns it as low rate capable in comparison with oxide cathode materials. For the first time, internist-like and extrinsic-like band gap were calculated and reported for the cathode material.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Battery
  • Li-ion
  • cathode
  • Density functional theory
  • LiFeSO4F

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 28 مهر 1398
  • تاریخ دریافت: 12 خرداد 1398
  • تاریخ بازنگری: 13 مهر 1398
  • تاریخ پذیرش: 24 مهر 1398