Gli scienziati di Skoltech hanno studiato i difetti idrossilici in LiFePO ₄ , un materiale catodico ampiamente utilizzato nelle batterie commerciali agli ioni di litio, contribuendo alla comprensione generale della chimica di questo materiale. Questo lavoro aiuterà a migliorare il LiFePO ₄ processo di fabbricazione per evitare la formazione di difetti strutturali intrinseci negativi che ne deteriorano le prestazioni. Il documento è stato pubblicato sulla rivista Chimica inorganica .

litio ferro fosfato, LiFePO ₄ , è una cassaforte, materiale catodico stabile ed economico per batterie agli ioni di litio che è stato ottimizzato molto bene per applicazioni pratiche nonostante la sua bassa conduttività e la media densità di energia. Eppure gli scienziati continuano a studiare le varie proprietà di questo materiale, e in particolare l'impatto dei suoi difetti sulle prestazioni elettrochimiche.

"È risaputo che LiFePO ₄ i materiali di solito hanno una quantità considerevole di difetti antisito Li/Fe. Questo è un tipo di difetto puntuale quando gli atomi di Li e Fe scambiano le loro posizioni nel reticolo cristallino. Però, prima di noi, nessuno aveva supposto che il PO ₄ la parte può essere anche difettosa in questo materiale. Abbiamo scoperto che in alcuni casi il PO ₄ l'anione può essere sostituito da quattro o cinque gruppi OH, che ha un effetto negativo sulle prestazioni elettrochimiche di LiFePO ₄ a base di batterie. Tali difetti sono chiamati difetti OH o più specificamente difetti idrossilici di tipo idrogarnet, "Dmitry Aksënov, Skoltech Senior Research Scientist e primo autore dell'articolo, spiega.

Aksënov, Professore assistente Stanislav Fedotov, e il professor Artem Abakumov (CEST), con i loro colleghi, ha utilizzato un approccio computazionale e sperimentale congiunto che combina la teoria del funzionale della densità e la diffrazione di neutroni per studiare i difetti dell'idrossile (OH) in LiFePO ₄ . Sono stati anche in grado di confermare i loro risultati sperimentalmente in un LiFePO ₄ campione.

"I difetti di idrogarnet OH sono ben noti in geologia, ma non tanto nella scienza dei materiali. La presenza di difetti OH in LiFePO ₄ avrebbe potuto essere previsto molto prima tracciando paralleli con i suoi analoghi strutturali nel gruppo minerale dell'olivina. Perciò, il più grande risultato del nostro lavoro è probabilmente che i ricercatori dovrebbero cercare la conoscenza non solo nel loro campo di origine ma anche in altri campi, " dice Aksënov.

Poiché i difetti OH non sono banali da rilevare, LiFePO . prodotto commercialmente ₄ anche i materiali possono averli, lui nota, ed è importante tenere sotto controllo questi effetti di deterioramento.

"Il risultato pratico più semplice di questa ricerca sarebbe quello di impegnarsi nel modificare la procedura di sintesi in modo da eliminare completamente questo tipo di difetti dal LiFePO ₄ materiali. Però, la nostra esperienza dice che combattere i difetti ha molto meno senso che volgerli a nostro favore. Così, la storia ha tutte le possibilità di continuare, " aggiunge Stanislav Fedotov.