Skoltech -forskare har studerat hydroxyldefekterna i LiFePO ₄ , ett allmänt använt katodmaterial i kommersiella litiumjonbatterier, som bidrar till den övergripande förståelsen av materialets kemi. Detta arbete kommer att bidra till att förbättra LiFePO ₄ tillverkningsprocess för att undvika bildande av negativa inneboende strukturella defekter som försämrar dess prestanda. Tidningen publicerades i tidningen Oorganisk kemi .

Litiumjärnfosfat, LiFePO ₄ , är ett kassaskåp, stabilt och prisvärt katodmaterial för litiumjonbatterier som har varit mycket väl optimerat för praktiska tillämpningar trots sin låga konduktivitet och medelstora energitäthet. Ändå fortsätter forskare att studera de olika egenskaperna hos detta material, och särskilt effekterna av dess defekter på elektrokemisk prestanda.

"Det är välkänt att LiFePO ₄ material har vanligtvis en betydande mängd Li/Fe -antisitdefekter. Detta är en typ av punktdefekt när Li- och Fe -atomer utbyter sina positioner i kristallgitteret. Dock, före oss, ingen hade antagit att PO ₄ del kan också vara defektaktiv i detta material. Vi upptäckte att PO i vissa fall ₄ anjon kan ersättas med fyra eller fem OH -grupper, vilket har en negativ effekt på LiFePO:s elektrokemiska prestanda ₄ -baserade batterier. Sådana defekter kallas OH-defekter eller mer specifikt hydroxyldefekter av hydrogarnet-typ, "Dmitry Aksyonov, Skoltech Senior Research Scientist och den första författaren till uppsatsen, förklarar.

Aksyonov, Universitetslektor Stanislav Fedotov, och professor Artem Abakumov (CEST), med sina kollegor, använde ett gemensamt beräknings- och experimentellt tillvägagångssätt som kombinerade funktionell teori med densitet och neutrondiffraktion för att studera hydroxyl (OH) -defekterna i LiFePO ₄ . De kunde också bekräfta sina resultat experimentellt i en LiFePO ₄ prov.

"Hydrogarnet OH -defekterna är välkända inom geologi, men inte så mycket inom materialvetenskap. Förekomsten av OH -defekter i LiFePO ₄ kunde ha tänkts mycket tidigare genom att dra paralleller med dess strukturella analoger i olivin -mineralgruppen. Därför, den största takeawayen från vårt arbete är förmodligen att forskare ska söka kunskap inte bara i sitt hemfält utan även inom andra områden, "Säger Aksyonov.

Eftersom OH -defekter inte är triviala att upptäcka, kommersiellt producerad LiFePO ₄ material kan också ha dem, han noterar, och det är viktigt att ha dessa försämrade effekter under kontroll.

"Det enklaste praktiska resultatet av denna forskning skulle vara att anstränga sig för att modifiera syntesförfarandet för att helt eliminera denna typ av defekter från LiFePO ₄ material. Dock, vår erfarenhet säger att bekämpning av defekter är mycket mindre meningsfullt än att vända dem till vår fördel. Så, berättelsen har alla chanser att fortsätta, "Tillägger Stanislav Fedotov.