Electronic band structure and migration of lithium ions in LiCoO2

Andriyevsky, B.; Doll, K.; Jacob, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Electronic band structure and migration of lithium ions in LiCoO2

Autorzy

Andriyevsky B. , Doll K. , Jacob T.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

In view of search the effective materials for the electrochemical sources of energy, the density functional theory (DFT) based approach has been applied to the computational study of lithium ion migration in LiCoO2. Apart the standard first principles study of band structure and density of electronic states of the crystal, the material was studied using the nudget elastic band (NEB) and the ab initio molecular dynamics (AIMD) methods. The activation energy Ea of the lithium ions self-diffusion in LiCoO2, as one of the main characteristic of the material for the electrochemical sources of energy, has been obtained using NEB (0.44 eV) and AIMD (0.5 eV).

Ze względu na poszukiwanie efektywnych materiałów do baterii elektrochemicznych, zostały wykonane obliczenia komputerowe z pierwszych zasad na bazie teorii funkcjonału gęstości (density functional theory) struktury elektronowej oraz migracji jonów litu w krysztale LiCoO2. Oprócz standardowych obliczeń struktury pasmowej i gęstości stanów elektronowych, przeprowadzono także badania materiału metodami NEB (Nudget Elastic Bands) i AIMD (Ab Initio Molecular Dynamics). Otrzymano jeden z głównych parametrów migracji litu w krysztale LiCoO2, stosowanym w bateriach elektrochemicznych - energię aktywacji samodyfuzji Ea. Ta wielkość okazała się być w granicach od 0.44 eV (NEB) do 0.5 eV (AIMD).

Słowa kluczowe

electrochemical battery LiCoO2 electronic band structure activation energy of lithium ion self-diffusion

baterie elektrochemiczne LiCoO2 pasmowa teoria przewodnictwa energia aktywacji samodyfuzji Ea migracja jonów litu

Wydawca

Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektroniki i Informatyki Politechniki Koszalińskiej

Rocznik

2015

Tom

Nr 8

Strony

15--24

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Andriyevsky B.

Foundations of Electronics Chair, Faculty of Electronics and Computer Sciences, Koszalin University of Technology, Poland

autor

Doll K.

Institute of Electrochemistry, University of Ulm, Germany

autor

Jacob T.

Institute of Electrochemistry, University of Ulm, Germany

Bibliografia

1. J.R. Owen, Chem. Soc. Rev. 26, 259 (1997).
2. M. Wakihara, O. Yamamoto (Eds.), Lithium Ion Batteries: Fundamentals and Performance (WileyVCH, Weinheim, Germany, 1998).
3. A. Van der Ven, M. K. Aydinol, G. Ceder, G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B 58, 2975 (1998).
4. M. Landstorfer, T. Jacob, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 12817 (2011).
5. M. Landstorfer, T. Jacob, Chem. Soc. Rev. 42, 3234 (2013).
6. X. Zhu, C. Shen Ong, X. Xu, B. Hu, J. Shang, H. Yang, S. Katlakunta, Y. Liu, X. Chen, L. Pan, J. Ding, R.-W. Li, Sci. Rep. 3, 1084 (2013).
7. M.T. Czyzyk, R. Potze, G.A. Sawatzky, Phys. Rev. B 46, 3729 (1992).
8. M.K. Aydinol, A.F. Kohan, G. Ceder, Phys. Rev. B 56, 1354 (1997).
9. M. Catti, Phys. Rev. B 61, 1795 (2000).
10. V.R. Galakhov, V.V. Karelina, D.G. Kellerman, V.S. Gorshkov, N.A. Ovechkina, M. Neumann, Phys. Solid State 44, 266 (2002).
11. D. Carlier, A. Van der Ven, C. Delmas, G. Ceder, Chem. Mater. 15, 2651 (2003).
12. L.Y. Hu, Z.H. Xiong, C.Y. Ouyang, S. Shi, Y. Ji, M. Lei, Z. Wang, H. Li, X. Huang, L. Chen, Phys. Rev. B 71, 125433 (2005).
13. S. Laubach, S. Laubach, P.C. Schmidt, D. Ensling, S. Schmid, W. Jaegermann, A. Thißen, K. Nikolowski, H. Ehrenberg, Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 3278 (2009).
14. G. Mattioli, M. Risch, A.A. Bonapasta, H. Dau, L. Guidoni, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 15437 (2011).
15. D. Carlier, J.-H. Cheng, C.-J. Pan, M. Ménétrier, C. Delmas, B.-J. Hwang, J. Phys. Chem. C 117, 26493 (2013).
16. D. Ensling, A. Thissen, S. Laubach, P.C. Schmidt, W. Jaegermann, Phys. Rev. B 82, 195431 (2010).
17. P. Ghosh, S. Mahanty, M.W. Raja, R.N. Basu, H.S. Maiti, J. Mater. Res. 22, 1162 (2007).
18. K. Kushida, K. Kuriyama, Solid State Commun. 118, 615 (2001).
19. J.M. Rosolen, F. Decker, J. Electroanalyt. Chem. 501, 253 (2001).
20. M.C. Rao, O.M. Hussain, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 48, 20503 (2009).
21. T.A. Hewston, B. Chamberland, J. Phys. Chem. Solids 48, 97 (1987) (and references cited therein).
22. I. Tomeno, M. Oguchi, J. Phys. Soc. Japan 67, 318 (1998).
23. J. van Elp, J.L. Wieland, H. Eskes, P. Kuiper, G.A. Sawatzky, F.M.F. de Groot, T.S. Turner, Phys. Rev. B 44, 6090 (1991).
24. M.P. O’Callaghan, E.J. Cussen, Solid State Sci. 10, 390 (2008).
25. S.J. Clark, M.D. Segall, C.J. Pickard, P.J. Hasnip, M.J. Probert, K. Refson, M.C Payne, Zeitschrift für Kristallographie 220, 567 (2005).
26. J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
27. D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 41, 7892 (1990).
28. G. Kresse, D. Joubert, Phys. Rev. 59, 1758 (1999); The guide of VASP https://cms.mpi.univie.ac.at/marsweb/index.php.
29. T. Bredow, A.R. Gerson, Phys. Rev. B 61, 5194 (2000).
30. http://theory.cm.utexas.edu/vtsttools/neb.html
31. A. Van der Ven, C. Ceder, Phys. Rev. B 64, 184307 (2001).
32. P. Van Rysselberghe, J. Phys. Chem. 36, 1152 (1932).
33. H. Moriwake, A. Kuwabara, C.A.J. Fisher, R. Huang, T. Hitosugi, Y.H. Ikuhara, H. Oki, Y. Ikuhara, Adv. Mater. 25 618 (2013).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-5d003648-7669-4e54-864f-a6059e76c04e