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Probing Surface Degradation Pathways of Charged Nickel-Oxide Cathode Materials Using Machine-Learning Interatomic Potentials

Both, Svenja und Poletayev, Andrey D. und Danner, Timo und Latz, Arnulf und Islam, M. Saiful (2025) Probing Surface Degradation Pathways of Charged Nickel-Oxide Cathode Materials Using Machine-Learning Interatomic Potentials. ACS Applied Materials and Interfaces. American Chemical society (ACS). ISSN 1944-8244.

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Kurzfassung

While nickel-based layered oxide cathodes offer promising energy and power densities in lithium-ion batteries, they suffer from instability when fully delithiated upon charge. Ex situ studies often report a structural degradation of the charged cathode materials, but the precise mechanism is still poorly understood on the atomic scale. In this work, we combine high-level ab initio calculations with molecular dynamics using machine-learning interatomic potentials to study structural degradation of fully delithiated LiNiO2 surfaces at the top of charge. We find a previously unreported, stable reconstruction of the (012) facet with more facile oxygen loss compared to the pristine surfaces. The oxygen vacancy formation energy closely corresponds to the experimental decomposition temperatures of charged cathodes. Furthermore, we use molecular dynamics simulations to sample Ni ion migration into alkali-layer sites that is a kinetically plausible initiation step for surface degradation toward thermodynamically stable products.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220370/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Probing Surface Degradation Pathways of Charged Nickel-Oxide Cathode Materials Using Machine-Learning Interatomic Potentials
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Both, Svenjasvenja.both (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-0748-304X199037035
Poletayev, Andrey D.andrey.poletayev (at) materials.ox.ac.ukNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Islam, M. Saifulsaiful.islam (at) materials.ox.ac.ukNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Erschienen in:ACS Applied Materials and Interfaces
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:1944-8244
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium-Ionen Batterien, DFT, Kathodenmaterialien, Degradation
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Both, Svenja
Hinterlegt am:08 Dez 2025 15:22
Letzte Änderung:08 Dez 2025 15:22

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