journal article·2008-09-09

Free Energy for Protonation Reaction in Lithium-Ion Battery Cathode Materials

R. Benedek, M. M. Thackeray, A. van de Walle

Chemistry of Materials· Volume 20· Issue 17
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Abstract

Calculations are performed of free energies for proton-for-lithium-ion exchange reactions in lithium-ion battery cathode materials. First-principles calculations are employed for the solid phases and tabulated ionization potential and hydration energy data for aqueous ions. Layered structures, spinel LiMn 2 O 4, and olivine LiFePO 4 are considered. Protonation is most favorable energetically in layered systems, such as Li 2 MnO 3 and LiCoO 2 . Less favorable are ion-exchange in spinel LiMn 2 O 4 and LiV 3 O 8 . Unfavorable is the substitution of protons for Li in olivine LiFePO 4, because of the large distortion of the Fe and P coordination polyhedra. The reaction free energy scales roughly linearly with the volume change in the reaction.
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Research context

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Materials and Technologies · Advanced Battery Technologies Research

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Affiliations

Chemical Sciences and Engineering Division, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois 60439, and Engineering and Applied Science Division, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125

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