Unveiling the electrochemical mechanisms of Li2Fe(SO4)2 polymorphs by neutron diffraction and density functional theory calculations

文献情報

出版日 2016-04-27
DOI 10.1039/C6CP02175A
インパクトファクター 3.676
著者

Marine Reynaud, Javier Carrasco, Nebil A. Katcho


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要旨

The quest for new sustainable iron-based positive electrode materials for lithium-ion batteries recently led to the discovery of a new family of compounds with the general formula Li2M(SO4)2 with M = transition metal, which presents monoclinic and orthorhombic polymorphs. In terms of electrochemical performances, although both Li2Fe(SO4)2 polymorphs present a similar potential of ∼3.8 V vs. Li+/Li0, the associated electrochemical processes drastically differ in terms of polarization and reaction redox mechanisms. We herein provide an explanation to account for such a behavior. While monoclinic Li2Fe(SO4)2 directly transforms into Li1.0Fe(SO4)2 upon oxidation, the orthorhombic counterpart forms a distinct intermediate Li1.5Fe(SO4)2 phase leading to a two-step delithiation process involving an unequal depopulation of the two Li sites pertaining to the structure as deduced by neutron powder diffraction experiments and confirmed by both density functional theory and Bond Valence Energy Landscape calculations. Moreover, to access band gap information, both polymorphs are studied by UV/Vis spectroscopy. Lastly, the possibility of transforming the monoclinic phase to the orthorhombic phase under pressure is explored.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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