Estudio teórico de cupratos de litio como posibles materiales catódicos para baterías - Perea Ramírez, Luis Ignacio (Universidad Autónoma Metropolitana, 2019)
En el presente trabajo, la densidad de estados proyectada (DOS-p) y la blandura local, s(r), fueron estudiadas como propiedades relacionadas con el desempeño de Li2CuO2, LiCuO2 y Li2Cu1−xMxO2 (M = Co, Ni o Ti, x = 0.25 o 0.5) como materiales catódicos. Todos los cálculos fueron realizados en el marco de la teoría de los funcionales de la densidad (DFT por sus siglas en inglés) bajo condiciones periódicas. Mediante el análisis de la DOS-p de cada sistema, los estados electrónicos involucrados en el proceso inicial de carga de la batería (oxidación del cátodo) fueron identificados. Esta información permitió establecer la participación del oxígeno en el proceso redox, que ha sido relacionada con una disminución en la capacidad durante el proceso de carga-descarga. La utilización de la s(r) ha sido propuesta en lugar de la DOS-p para analizar los procesos redox iniciales. Se encontró que es mejor usar la s(r), debido a que muestra los sitios susceptibles a perder electrones, permitiendo hacer comparaciones directas entre sistemas, en una forma más simple que la DOS-p. Los resultados obtenidos predicen que los sistemas Li2Cu1−xTixO2 involucran menor participación redox de oxígeno y, por lo tanto, una mejor retención de la capacidad durante el proceso de carga-descarga. Además, se utilizó la s(r) para identificar los átomos más susceptibles a oxidarse, en sulfuros de hierro de importancia hidrometalúrgica para México. Una buena concordancia fue encontrada entre los átomos susceptibles a oxidarse predichos por la s(r) y aquellos determinados en estudios experimentales. Por lo tanto, demostramos que la s(r) puede ser aplicada a diferentes procesos de redox en sólidos.; In this work, the projected density of states (DOS-p) and the local softness, s(r), were studied as properties related with the performance of Li2CuO2, LiCuO2, and Li2Cu1−xMxO2 (M = Co, Ni or Ti, x = 0.25 or 0.5) as cathode materials. All calculations were done within the framework of the density functional theory (DFT) using periodic boundary conditions. Through the analysis of the DOS-p of each system, the electronic states involved in the initial charge process of the battery (cathode oxidation) were identified. This information allowed stablishing the oxygen participation in the redox process that has been related to a decrease in the capacity during the charge-discharge process. The use of the s(r) has been proposed instead of DOS-p to analyze the initial redox processes. It was found that it is better to use the s(r) because it shows susceptible sites to lose electrons and allow us to do direct comparisons between the systems in a simpler way than the DOS-p. The obtained results predict that Li2Cu1−xTixO2 systems involve less oxygen redox participation and therefore a better retention of capacity during the charge-discharge process. In addition, the s(r) was used to identify the most susceptible atoms toward oxidation, in iron sulphides of hydrometallurgical importance for Mexico. A good agreement was found between the predicted susceptible atoms to oxidation by s(r) and those determined in experimental studies. Hence, we have demonstrated that the s(r) could be applied to different redox process in solids.