Propiedades estructurales y electrónicas del cátodo Lí (MnyFe1-y) P04 mediante primeros principios

Abstract

En el presente trabajo de tesis de maestría se realizó el estudio teórico de las propiedades estructurales, electrónicas y magnéticas del Li (MnyFe1-u) P04 para diferentes concentraciones de manganeso. Este compuesto es de gran interés tecnológico debido a su utilización como cátodo en baterías recargables de ion de Litio presentando propiedades tales como bajo costo de producción, alto grado de reciclaje, además de tener una estructura estable bajo condiciones extremas. El estudio se realizó con el código PW scf, el cual permite hacer cálculos de primeros principios con el formalismo de la Teoría del FUncional Densidad DFT haciendo uso de las aproximaciones de gradiente generalizado GGA y la aproximación de densidad local LDA +U. Se determinaron primero las propiedades estructurales tales como: posiciones atómicas dentro de la celda, constantes de red, volumen y módulo de volumen en equilibrio, para diferentes concentraciones de manganeso en el material, analizando las fuerzas entre los átomos y mediante el ajuste de la ecuación de estado de estado de Mumaghan. Con los parámetros estructurales de equilibrio se determinó la estructura de bandas, la densidad de estados electrónicos y la densidad de estados parciales variando la concentración de manganeso con dos aproximaciones para el potencial de intercambio y correlación: GGA y LDA+U, corroborando que con la aproximación GG A se subestima el valor del gap de energía mientras que LDA +U se corrigen el valor. Finalmente se determinó el momento magnético de la celda con la aproximación LDA+U estando de acuerdo con los experimentos.

Abstract This master's thesis was the theoretical study of the structural, electronic aJld magnetic properties of Li (M NyFe1_y) P04 for different concentrations of manganese. This compound is of great technological interest due to its use as a cathode in rechargeable lithium ion presenting properties such as low production cost, high degree of recycling, as well as having a stable structure under extreme conditions. The study was conducted with PWscf code, which allows first-principles calculations with the formalism of density functional theory DFT using the generalizad gradient approximation GGA aJld local density approximation LDA+U. Were determined first structural properties such as atomic positions within the cell, lattice constaJlts, aJld bulk modulus volume at equilibrium, for different concentrations of maJlgaJlese in the material, analyzing the forces between atoms aJld by adjusting the equation state status MurnaghaJl. With the structural parameters determined the baJld structure, the density of electronic states and partial density of states by varying the concentration of maJlgaJlese with two approaclles for the excllaJlge aJld correlation potential: GGA aJld LDA+U, corroborating that the GGA approximation underestimates the value of the energy gap while LDA+U corrects the value. Finally determined the magnetic moment of the cell with the approximation LDA+U agreeing with the experiments.