بررسی نظری خواص و رفتار LiFeSO4F به عنوان کاتد باتری لیتیم-‌یون با استفاده از نظریه تابعی چگالی

Abstract

کاتد در باتری‌های لیتیم-یون مهمترین بخش و تعیین کننده کارآیی و رفتار این وسایل ذخیره انرژی می‌باشد. ماده کاتدی LiFeSO4F با ساختار تاووریت و گروه فضایی C2/c مورد بررسی نظریه تابعی چگالی (DFT) با استفاده از کد Wien2k قرار گرفت. محاسبات با استفاده از روش‌های GGA، GGA+U و PBE-Fock-α (از روش های Hybrid functionals، HF) انجام شدند. محاسبات ساختاری نشان داد این کاتد پس از خروج لیتیم پایداری خود را حفظ می‌نماید. محاسبات ولتاژ نظری نشان داد نزدیک‌ترین مقادیر محاسبه شده ولتاژ به مقدار آزمایشگاهی (V 3.9) متعلق به روش‌هایHF و GGA+U است. بر طبق چگالی حالات (DOS) محاسبه شده، ساختار قبل از خروج لیتیم نیمه‌هادی نوع n و ساختار پس از خروج لیتیم نیمه هادی نوع p می‌باشد. با وجود اینکه به دلیل ساختار باز این کاتد انتظار می رود نرخ‌پذیری این کاتد مناسب باشد، با این حال ترکیب دیود بایاس معکوس اتصال p-n موجب نرخ‌پذیری کمتر این کاتد نسبت به کاتدهای اکسیدی شده است. برای اولین بار، نوار ممنوعه ذاتی‌وار و غیرذاتی‌وار برای این کاتد با روش‌های مختلف محاسبه و گزارش شدند.