Identificación de las estructuras locales formadas durante la litiación del material de conversión, el fluoruro de...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Química del estado sólido.

Sus antecedentes:

• Comprender las transformaciones estructurales en los materiales del cátodo es crucial para mejorar el rendimiento de la batería.
• Los fluoruros de hierro son prometedores materiales de cátodo de alta capacidad para baterías de iones de litio.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar los mecanismos estructurales de FeF3 durante el ciclo electroquímico en una célula de Li.
• Caracterizar las fases intermedias y las vías de reacción durante la descarga y la carga.

Principales métodos:

• Difracción de rayos X (XRD) para el análisis estructural.
• Análisis de la función de distribución de pares (PDF) para la determinación de la estructura local.
• Espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (MAS-NMR, por sus siglas en inglés) para el análisis del estado químico y del medio ambiente local.

Principales resultados:

• La descarga procede a través de una inserción de dos fases (0-0,5 Li) y una intercalación de una sola fase (0,5-1,0 Li), formando Li(0,5) FeF3 con una estructura local similar al rutilo.
• La reacción de conversión a una litiación más alta forma nanopartículas de Fe superparamagnéticas (~3 nm), LiF y una fase rica en Li y F.
• La carga implica fases de intercalación con aumento del estado de oxidación de Fe y estructuras locales similares al rutilo, similares a los intermediarios de descarga.

Conclusiones:

• El FeF3 sufre complejas transformaciones estructurales que implican reacciones de inserción y conversión durante el ciclo de la batería de iones de litio.
• La estructura local de las fases intermedias durante el ciclo se asemeja a la estructura del rutilo.
• La formación de metal Fe a nanoescala durante la descarga profunda afecta el rendimiento de la batería.