Badania teoretyczne struktury elektronowej i zjawisk elektrochemicznych w materiałach na baterie jonowe

Abstract

Praca doktorska koncentruje się na teoretycznych badaniach układów katodowych baterii litowo-jonowych i sodowo-jonowych należących do rodziny warstwowych tlenków metali przejściowych. Analiza wybranych systemów bateryjnych została przeprowadzona w oparciu o obliczenia struktury elektronowej przy użyciu metody Korringi-Kohna-Rostokera (KKR). Ponieważ rzeczywiste układy często zawierają różne rodzaje defektów (wakansje na pozycjach Li/Na i O oraz nieporządek w strukturze metali przejściowych), które mogą znacząco wpłynąć na ich właściwości elektrochemiczne, niezbędne było uwzględnienie tych defektów w obliczeniach, co umożliwiło przybliżenie koherentnego potencjału CPA (ang. Coherent Potential Approximation) połączone z metodą KKR. Uzyskane wyniki w postaci elektronowych gęstości stanów posłużyły jako narzędzie do interpretacji wyników pomiaru parametrów elektrochemicznych baterii jonowych, w szczególności charakteru krzywej rozładowania, stabilności chemicznej katody oraz właściwości transportowych.

The doctoral thesis focuses on theoretical investigations of cathode systems in lithium-ion and sodium-ion batteries belonging to the family of layered transition metal oxides. The analysis of selected battery systems was performed based on electronic structure calculations using the Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) method. Because real systems contain various types of defects (vacancies in Li/Na positions, oxygen vacancies, and disorder in the transition metal sites) that can significantly influence their electrochemical properties, it was necessary to account for these defects in the calculations. This was achieved by using the Coherent Potential Approximation (CPA) combined with the KKR method. The investigation of the electronic structure of the considered cathode materials served as a tool for interpreting the measurement results of the electrochemical parameters of ion batteries, especially the discharge curve, cathode chemical stability, and transport properties.