Wetenschappers van Skoltech hebben de hydroxyldefecten in LiFePO . bestudeerd ₄ , een veelgebruikt kathodemateriaal in commerciële lithium-ionbatterijen, bijdragen aan het algemene begrip van de chemie van dit materiaal. Dit werk zal helpen de LiFePO . te verbeteren ₄ fabricageproces om de vorming van nadelige intrinsieke structurele defecten te voorkomen die de prestaties ervan verslechteren. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Anorganische scheikunde .

Lithiumijzerfosfaat, LiFePO ₄ , is een veilige, stabiel en betaalbaar kathodemateriaal voor Li-ion-batterijen dat ondanks zijn lage geleidbaarheid en gemiddelde energiedichtheid zeer goed is geoptimaliseerd voor praktische toepassingen. Toch blijven wetenschappers de verschillende eigenschappen van dit materiaal bestuderen, en in het bijzonder de impact van de defecten op de elektrochemische prestaties.

"Het is algemeen bekend dat LiFePO ₄ materialen hebben meestal een aanzienlijke hoeveelheid Li/Fe-antisitedefecten. Dit is een soort puntdefect wanneer Li- en Fe-atomen hun posities in het kristalrooster verwisselen. Echter, voor ons, niemand had aangenomen dat de PO ₄ onderdeel kan ook defect-actief zijn in dit materiaal. We ontdekten dat in sommige gevallen de PO ₄ anion kan worden vervangen door vier of vijf OH-groepen, wat een negatief effect heeft op de elektrochemische prestatie van LiFePO ₄ gebaseerde batterijen. Dergelijke defecten worden OH-defecten of meer specifiek hydrogranaat-type hydroxyldefecten genoemd, "Dmitri Aksjonov, Skoltech Senior Research Scientist en de eerste auteur van het artikel, verklaart.

Aksjonov, Universitair docent Stanislav Fedotov, en professor Artem Abakumov (CEST), met hun collega's, gebruikte een gezamenlijke computationele en experimentele benadering die dichtheidsfunctionaaltheorie en neutronendiffractie combineerde om de hydroxyl (OH) -defecten in LiFePO te bestuderen ₄ . Ze konden hun resultaten ook experimenteel bevestigen in een LiFePO ₄ steekproef.

"De hydrogranaat OH-defecten zijn bekend in de geologie, maar niet zozeer in de materiaalkunde. De aanwezigheid van OH-defecten in LiFePO ₄ had veel eerder kunnen worden overwogen door parallellen te trekken met zijn structurele analogen in de olivijn-mineraalgroep. Daarom, de grootste afleiding van ons werk is waarschijnlijk dat onderzoekers kennis niet alleen in hun eigen vakgebied moeten zoeken, maar ook in andere vakgebieden, ' zegt Aksjonov.

Aangezien OH-defecten niet triviaal zijn om te detecteren, commercieel geproduceerde LiFePO ₄ materialen kunnen ze ook hebben, hij merkt op, en het is belangrijk om deze verslechterende effecten onder controle te krijgen.

"De eenvoudigste praktische uitkomst van dit onderzoek zou zijn om inspanningen te leveren om de syntheseprocedure aan te passen om dit soort defecten volledig uit de LiFePO te elimineren. ₄ materialen. Echter, onze ervaring leert dat het bestrijden van gebreken veel minder zin heeft dan ze in ons voordeel te draaien. Dus, het verhaal heeft alle kansen om vervolgd te worden, " voegt Stanislav Fedotov toe.