Análisis de difracción de rayos X de las fases de baterías de iones de litio in-situ.

Las baterías de iones de litio son un tipo de baterías recargables usadas a menudo en la electrónica de consumo (computadoras, celulares, etc.). En una batería de iones de litio, los iones de litio migran del electrodo negativo durante la descarga y regresan al electrodo negativo durante la recarga. Como se usan compuestos intercalados como material de electrodo en lugar de litio metálico, la estructura molecular del electrodo y la posición y cantidad de Li intersticial incorporada en la celosía molecular de los electrodos son críticas para comprender el desempeño y operación de la batería. La difracción de rayos X es una de las pocas técnicas que pueden identificar la posición y ocupación de los iones de litio incorporados en la celosía molecular de los electrodos.

A continuación, la Figura 1 presenta una célula de batería especializada disponible para la mayoría de los sistemas de difracción de Rigaku montada sobre el sistema de difracción multipropósito Ultima IV de Rigaku. Esta celda permite la medición de datos de difracción recopilados in-situ mientras el electrodo cicla entre los estados de descarga y recarga.

A specialized battery cell available for most Rigaku X-ray diffraction systems

Figura 1: Celda de batería en el drifractómetro de Rigaku Ultima IV

Los patrones de difracción de rayos X y los resultados del análisis de identificación de fase de un material de electrodo de LiFePO 4 se presentan en la Figura 2. Los resultados muestran que la fase principal en el electrodo cambia de LiFePO 4 a FePO 4 durante la recarga, y regresa a LiFePO 4 durante la descarga. Esto indica que los ionos de litio que migran durante los procesos de carga y descarga son los del litio intercalado en la celosía molecular de LiFePO 4, pero el marco de la celosía no cambia cuando los ionos emigran.

x-ray diffraction patterns and phase identification analysis results

x-ray diffraction patterns and phase identification analysis results

Figura 2:El ciclo de carga y descarga del electrodo de LiFePO4 (arriba) con los resultados delas medidas de difracción de rayos X in-situ (abajo). Referencia: Prof. T. Nakamura, Universidad de Hyogo, publicado en J.Electrochem.Soc 154, 544 (2010).

La Figura 3 presenta estructuras de celosías moleculares de los compuestos: FePO4, y LiFePO4 intercalada.

molecular lattice structures

Figura 3: Estructura de la celosía de FePO4 (izquierda) y la estructura de la celosía de LiFePO4 intercalada (derecha)



Ultima IV representa el sistema estado del arte dentro de los sistemas multiuso de difracción de rayos X (DRX o XRD). Incorporando la tecnología patentada de la óptica transversal del haz (CBO) de Rigaku para instalarse y alinearse permanentemente, y permitir enfoque de geometrías y paralelos seleccionables por el usuario; el difractómetro de rayos X Ultima IV puede realizar muchas mediciones diferentes ... rápidamente... Read more...