Пути миграции Li+ в Li1+xV3O8: геометрико-топологический анализ

Е.А. Шерстобитова^1,2, Н.В. Проскурнина¹, М.А. Сёмкин^1,3, П.Е. Ромашко¹, А.Н. Пирогов¹, В.И. Воронин¹, А.Ф. Губкин^1,3, Е.А. Морхова^4,5, М.С. Щелканова⁶, Г.Ш. Шехтман⁶, Н.А. Кабанова^4,5

¹Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, г. Екатеринбург

²Институт химии твердого тела УрО РАН, г. Екатеринбург

³Институт естественных наук и математики Уральского федерального университета, г. Екатеринбург

⁴Самарский государственный технический университет, г. Самара

⁵Лаборатория природоохранных технологий и экологической безопасности Арктики, Кольский научный центр РАН, г. Апатиты

⁶Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г. Екатеринбург

Методами рентгеновской и нейтронной дифракции проведено комплексное исследование кристаллической структуры соединений Li_1+xV₃O₈ (x = 0.1, 0.2, 0.3) и уточнены их модели. С помощью геометрико-топологического (ГТ) анализа для уточненной модели моноклинной структуры Li_1+xV₃O₈ были рассчитаны энергетические потенциалы на основе сумм валентных связей, установлены пути миграции ионов Li⁺ и построены соответствующие карты ионной проводимости (рисунок). Показано, что ионы Li⁺ могут перемещаться по одномерным каналам проводимости вдоль кристаллографического направления [010], имеющего низкие энергетические барьеры (~0.55 эВ). Эти каналы состоят из вакантных октаэдрических и тетраэдрических позиций, которые могут обеспечивать диффузию ионов Li⁺ посредством механизма прямого перескока.

Рисунок. Карта миграции ионов Li (зелёные линии) с указанием литиевых позиций в моноклинной структуре Li_1+xV₃O₈ (x = 0.1, 0.2 и 0.3) по данным ГТ-анализа. На вставке показаны наиболее вероятные позиции лития.

Публикации

Pathways for Li+ migration in Li_1+xV₃O₈: Geometrical-topological analysis / E.A. Sherstobitova, Ye.A. Morkhova, N.V. Proskurnina, M.S. Shchelkanova, G.Sh. Shekhtman, M.A. Semkin, P.E. Romashko, A.N. Pirogov, V.I. Voronin, N.A. Kabanova , A.F. Gubkin. // Solid State Ionics. — 2025. — V. 427. — P. 116904—116910.

1.3.2. Физика конденсированных сред и физическое материаловедение. Работа выполнена в рамках темы государственного задания ИФМ УрО РАН Рег. № 122021000031-8, Шифр «Поток».