Difração de raios X operando combinada – espectroscopia de impedância eletroquímica detectando reações de solução sólida de LiFePO4 em baterias

As baterias de íons de lítio são amplamente utilizadas para aplicações portáteis hoje; no entanto, frequentemente sofrem com taxas de recarga limitadas. Uma razão para tal limitação pode ser uma área de superfície ativa reduzida durante a separação de fases. Aqui, relatamos uma técnica que combina difração de raios X de sincrotrão operando de alta resolução acoplada à espectroscopia de impedância eletroquímica para rastrear diretamente fases intermediárias fora do equilíbrio em materiais de baterias de íons de lítio. LiFePO4, por exemplo, é conhecido por sofrer separação de fase quando ciclado sob condições de baixa densidade de corrente. No entanto, a difração de raios X operando sob excitação de corrente alternada de ultra-alta taxa e corrente contínua revela uma reação de solução sólida contínua, mas dependente da corrente, entre LiFePO4 e FePO4, que é consistente com experimentos e cálculos anteriores. Além disso, a formação de uma fase preferencial com uma composição semelhante à composição eutetóide, Li0.625FePO4, é evidente. Mesmo a uma baixa taxa de 0.1C, ∼20% do difratograma de raios X pode ser atribuído a fases fora do equilíbrio, o que muda nossa compreensão da dinâmica de intercalação em LiFePO4.