Изучение дефектов катодных материалов для литий-ионных батарей

13TH INTERNATIONAL RESEARCH SCHOOL

Физика, химия, программирование

Разработка перспективных литий-ионных аккумуляторов является одной из важных задач современных технологий. Этот тип аккумуляторов наиболее перспективный в использовании из-за высокой плотности запасаемой энергии, скорости заряда и показателей безопасности. К тому же, развитие электроприводных транспортных средств и возобновляемой энергетики зависит от успешности развития и исследования литий-ионных батарей. Настоящий проект направлен на изучение возможных катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов и дефектов внутри них.

Рис.1: Кристаллическая структура Li(Fe, Mn)PO₄

Материалы, которые пришли на смену дорогостоящему LiCoO₂ и считаются следующим поколением катодов: LiFePO₄, LiMnPO₄, LiCoPO₄ и смешанные фосфаты металлов LiFe_0.33Mn_0.33Co_0.33PO₄. Эти электрохимически-активные материалы изготавливаются методом гидротермального синтеза. Но влияние условий синтеза на дефекты в структуре и последующие электрохимические свойства пока не изучены.

Рис.2: Структура LiFePO4 с замещающим атомом водорода в позиции вакансии атома железа

Ранее было экспериментально обнаружено, что фосфор в PO₄ октаэдрах структуры LiFePO₄ может замещаться OH-группами. Но из-за экспериментальной сложности наблюдения структура OH-дефекта не может быть определена. Но для оптимизации условий синтеза важно знать механизм формирования PO₄/OH дефекта и его влияние на электрохимические свойства материала. Для этой задачи мы будем использовать компьютерное моделирование.

Рис.3: Структура LiFePO₄ с вакансией фосфора в тетраэдрической позиции
и распределением замещающих атомов водорода

Таким образом, в работе мы определим кристаллическую структуру OH дефектов в LiFePO₄, используя метод компьютерного моделирования. Сначала мы сделаем визуализацию идеальной кристаллической структуры изучаемого материала. Затем найдем возможные положения дефектов и энергии их формирования. Для определения механизма возникновения таких дефектов будет исследован механизм перемещения водорода внутри структуры. Наконец, будут определены стабильность дефектов и условия их возникновения. Для данной работы понадобятся программы Jmol и Python.

Если вам интересно понять, как работают аккумуляторы и вы владеете начальными навыками программирования, мы будем очень рады вам в нашей проектной команде!

Технические требования:

- Cтабильное интернет подключение,
- Rомпьютер с процессором не ниже Core i5, память SSD 256Gb, графический процессор NVIDIA GeForce, операционная система не имеет значения,
Полезные ссылки на программы:
http://jmol.sourceforge.net/download/
https://www.teamviewer.com/ru/?utm_source=google&u...|b|pr|19|mar|exact-sn|free|t0|0&utm_content=Exact_Download&utm_term=%D1%82%D0%B8%D0%BC%20%D0%B2%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%80%20%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%87%D0%B0%D1%82%D1%8C&gclid=CjwKCAjw6qqDBhB-EiwACBs6x9NsYaLwefE5maS44J-pgbTeS8qE_eyy7EiSiAt2MFvEntzosa-ZyBoCmf8QAvD_BwE

Тьютор

Ирина Варламова

Москва, Россия

Ирина, специалист Сколковского института науки и технологий. Интересуется транзисторами, полупроводниковыми устройствами, возобновляемыми источниками энергии и технологиями электрохимического хранения энергии. Магистр физики, Казанский Федеральный университет, 2017 год. Магистр материаловедения, Сколковский институт науки и технологий, 2020 год. Стипендиат Правительства РФ за достижения в научной деятельности. А еще Ирина любит путешествовать, кататься на сноуборде и заниматься йогой.