XRD Simulation Study of Doped LiFePO4

Dongyun Zhanga,b, Peixin Zhanga,c, , Juan Yic, Qiuhua Yuanc, Jianhui ∗Jiangd, Qiming Xua, Zhongkuan Luoc, Xiangzhong Renc

Group 3Amelia Nurul Rahma

Dewi PermatasariLita Puspitasari

Putri OktaviyantiSilmi KaafahTri Destiyanti

Yohana Suryana

• LiFePO4 menjadi bahan katode yang sangat menjanjikan untuk digunakan pada generasi berikutnya dari baterai lithium-ion, dimana logam dopping biasanya digunakan untuk memperbaiki sifat-sifat elektrokimia.

• Pola difraksi XRD dalam metal – doped LiFePO4 digunakan untuk mempelajari struktur kristal.

• Dibicarakan juga efek dari kondisi simulasi, posisi doping dan tipe dari doping elemen.

• Hasil nya: 1) step size yang cocok adalah ≤ 0,02 , dan simulasi posisi kecil ⁰pengaruhnya terhadap pola XRD. 2) intensitas puncak berubah dengan adanya posisi doping, dan lebih terbukti saat membandingkan Li-site dengan Fe-site. 3) terdapat hubungan antara element doping dan intensitas puncak pada pola XRD, serta variasi derajat dari intensitas puncak meningkat seiring dengan nomor atom element doping.

• Keuntungan baterai Li-ion yaitu: tidak mahal, ramah lingkungan, dapat bekerja pada 3.4 V, dan aman digunakan.

• Kelemahannya adalah LiFePO4 menunjukkan konduktivitas elektronik yang rendah dan difusivitas ion Li yang kecil karena karakteristik structural arrangement saat diaplikasikan pada baterai dengan daya tinggi.

• Penelitian sebeluumnya mengindikasikan bahwa difusi dari ion Li ini dipengaruhi oleh element yang di doping dan posisi kisi.

• Sehingga, penting untuk menentukan variasi struktur, khususnya posisi dopant pada Li-site atau Fe-site.

• Variasi Spektrum XRD berhubungan dengan posisi element yang didoping.• Komputerisasi dari spektra XRD lebih efektif untuk menganalisis lokasi atau

kuantitas dari material yang di doping, dan dapat menentukan perubahan microstructural kristal setelah didoping.

Metode Simulasi• Perhitungan didapatkan dari fungsi difraksi Powder dalam reflex module yang

terdapat pada software Material Studio.

• Parameter struktur kristal dari LiFePO4 mengacu pada database standar JCPDS.

• Posisi doping dibuat dalam 3 tipe: Li-site (Li1−xMxFePO4), Fe-site (LiFe1−yMyPO4), dan keduanya (Li1−xMx+yFe1−yPO4).

Result and discussion1. Kondisi Simulasi

* Perbedaan Model Step Size

Fig.1 simulasi pola XRD dari LiFePO4 pada step size yang berbeda

* Perbedaan Simulasi Posisi

Fig.2. (a) posisi distribusi Li pada Supersel (222). (b) Pola simulasi XRD LiFePO4 pada simulasi posisi yang berbeda.

2. Pengaruh dopan pada Spektrum XRD Perbedaan posisi doping

- Spektra XRD dari LiFePO4 dengan posisi doping yang berbeda yang dipelajari dengan menggunakan model Li1−4/256Nb4/256FePO4 dan LiFe1−4/256Nb4/256PO4 ditunjukkan pada gambar 3.

Fig. 3. Simulated XRD pattern of Nb-doped LiFePO4.

- Gambar 4 menunjukkan perubahan intensitas puncak, dimana Δ

menunjukkan nilai dari intensitas doping simulasi dikurang LiFePO4 yang tidak didoping.

Fig. 4. The comparison chart before and after doping.

• Dari gambar 4 dapat disimpulkan bahwa perubahan intensitas puncak ditentukan oleh posisi doping.

• Untuk menentukan pengaruh posisi doping pada spektra XRD diobservasi dengan simulasi kalkulasi.

Fig.5. Pola XRD pada sintesis LiFePO4

• Gambar 5 mengilustrasikan spektra XRD dari sampel yang disintesis tanpa di doping dan di doping Nb.

Efek dari different doped element pada spektra XRD

- Gambar 6.a menunjukkan saat pendopingan pada Fe-site, terlihat intensitas puncak berubah sebanding dengan nomor atom elemen yang didoping.

- Gambar 6.b menunjukkan hasil sisi Li yang didoping perubahannya seperti sisi Fe

Fig.6. Hubungan antara Intensitas puncak dan nomor atom

Kesimpulan• Spektra XRD dari LiFePO4 yang didoping disimulasi dengan software

komputer.• Hasil menunjukkan bahwa analisis XRD secara eksperimental maupun

simulasi:– step-size yang cocok adalah 0,020 .– Posisi doping yang berbeda terbukti berpengaruh terhadap spektra XRD : doping pada

sisi Li lebih banyak berpengaruh daripada doping pada sisi Fe– Intensitas puncak bervariasi dengan perbedaan element yang didoping, dan – variasi derajat intensitas pada perbedaan posisi doping menunjukkan variasi linear

dengan nomor atom elemen yang didoping.