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Effect of the Substrate and the Morphology on Electrochemical Separation of Lithium Isotopes: Insights from DFT

cnea.tipodocumentoARTÍCULO CIENTÍFICO
dc.contributor.authorBellora, Marina Soledad
dc.contributor.authorCabello Charbonnier, Federico Manuel
dc.contributor.authorBarral, María Andrea
dc.contributor.authorCiafardini, Marco
dc.contributor.authorViva, Federico Andres
dc.contributor.authorCorti, Horacio Roberto
dc.contributor.authorVildosola, Veronica Laura
dc.date.accessioned2025-12-11T23:31:58Z
dc.date.available2025-12-11T23:31:58Z
dc.date.issued2023-09
dc.description.abstractThe electrochemical separation of lithium isotopes has been revisited during the last years due to their applications in different aspects of nuclear technology, from the use of 7Li in the chemical treatment of pressurized water reactors to the production of tritium from 6Li for fusion nuclear plants. However, little is still known about the role played by each of the physicochemical variables in the separation factor, such as the applied overpotential, the electrolytes, or the materials used as electrodes. Particularly, a large isotope fractionation factor has been previously reported using planar nickel electrodes at very low overpotentials. In this work, we analyze how the electrode material (nickel or gold) and the morphology of the deposited lithium could affect the isotopic separation by means of Density Functional Theory (DFT) simulations. We consider the isotopic equilibrium exchange reaction between two phases: the strongly solvated lithium in solution and the adsorbed lithium structure onto the metallic substrates. The results suggest that there is a strong correlation between the strength of the deposited lithium bonds and the obtained fractionation. For the considered phases in equilibrium, the morphology with fewer and weaker lithium bonds could greatly improve the electrochemical isotope separation. Furthermore, we find that the bonding between lithium and the nickel surface is detrimental toward the enrichment. The calculations of lithium deposited onto gold indicate weaker bonds and, consequently, on average a larger fractionation factor R. These findings could guide the development of better electrochemical processes for lithium isotope separation, by clarifying not only the role of the lithium morphology, but also its relationship with the cathode material. DFT simulations have proven to be a useful tool to search for new materials that promote electrochemical isotopic separation.
dc.description.institutionalaffiliationFil: Bellora, Marina Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; Argentina
dc.description.institutionalaffiliationFil: Cabello Charbonnier, Federico Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; Argentina
dc.description.institutionalaffiliationFil: Barral, María Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; Argentina
dc.description.institutionalaffiliationFil: Ciafardini, Marco. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Física; Argentina
dc.description.institutionalaffiliationFil: Viva, Federico Andres. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; Argentina
dc.description.institutionalaffiliationFil: Corti, Horacio Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
dc.description.institutionalaffiliationFil: Vildosola, Veronica Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Constituyentes; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia de Área Investigaciones y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (CAC). Departamento de Física de la Materia Condensada; Argentina
dc.identifier.issn1932-7447
dc.identifier.urihttps://nuclea.cnea.gob.ar/handle/20.500.12553/8561
dc.publisherAmerican Chemical Society
dc.relationinfo:eu-repo/semantics/reference/hdl/11336/228659
dc.relationinfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.3c04679
dc.relationinfo:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c04679
dc.rights.licenseinfo:eu-repo/semantics/restrictedAccess
dc.rights.licensehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.subjectFIRST PRINCIPLE CALCULATIONS
dc.subjectELECTROCHEMICAL SEPARATION OF LITHIUM ISOTOPES
dc.subjectDFT
dc.subjectFísica de los Materiales Condensados
dc.subjectCiencias Físicas
dc.subjectCIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
dc.titleEffect of the Substrate and the Morphology on Electrochemical Separation of Lithium Isotopes: Insights from DFT
dc.typeARTÍCULO
dc.type.versionVersión publicada

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