Rispetto agli S/CNT, S/NiFe2O4 ha una maggiore capacità volumetrica e stabilità al ciclo. Credito:©Science China Press
La batteria al litio-zolfo (Li-S) potrebbe diventare pratica se è possibile raggiungere il 20% delle densità energetiche teoriche (2600 Wh/kg o 2800 Wh/L). Gli investigatori hanno l'ambizione di raggiungere una densità energetica di 500 Wh/kg nel prossimo futuro.
Xue-Ping Gao dell'Università di Nankai, dice, "Attualmente, la densità energetica volumetrica di 500 Wh/L non è soddisfatta. Ma era già stato realizzato nelle batterie commerciali agli ioni di litio (LIB) molti anni fa. La bassa densità di energia volumetrica è un collo di bottiglia della pratica batteria Li-S."
intrinsecamente, lo zolfo ha una densità inferiore rispetto agli ossidi di metalli di transizione come catodi nei LIB. Peggio, al fine di migliorare le prestazioni elettrochimiche, lo zolfo è solitamente costretto a caricare su vari ospiti di carbonio leggero, portando a una capacità volumetrica più bassa dei compositi a base di zolfo, e minando la densità di energia volumetrica della batteria Li-S.
Rispetto ai materiali in carbonio, gli ossidi di metalli pesanti non solo offrono una buona capacità di adsorbimento dei polisolfuri per sopprimere l'effetto navetta, ma aiutano anche ad ottenere compositi densi a base di zolfo con elevata densità di maschiatura. Gao dice, "Basato su questo, abbiamo sviluppato la ferrite al nichel (NiFe 2 oh 4 ) nanofibre cave porose 1-D tramite tecnologia di elettrofilatura. Il NiFe così preparato 2 oh 4 le nanofibre sono state utilizzate qui come un nuovo ospite di zolfo per aumentare la capacità volumetrica dei compositi a base di zolfo".
Gao dettaglia il loro esperimento, "In primo luogo, il test di adsorbimento di polisolfuri rivela il forte chemisorbimento verso i polisolfuri solubili da parte di NiFe 2 oh 4 ." Sia la geometria di adsorbimento stabile che l'energia di adsorbimento di Li2S8 sul piano (111) di NiFe 2 oh 4 sono confermati dal calcolo della Teoria Funzionale della Densità (DFT) rispetto ai nanotubi di carbonio (CNT).
Di conseguenza, il S/NiFe 2 oh 4 composito offre una capacità di scarica iniziale di 963,6 mAh/g, e buona stabilità del ciclo. "Per di più, il composito S/NiFe2O4 mostra una capacità volumetrica superiore di quasi 2 volte rispetto al composito S/CNT. Non sorprende che S/NiFe 2 oh 4 il composito ha una densità di maschiatura molto maggiore rispetto al composito S/CNT, " Egli ha detto.
Inoltre, altre ferriti metalliche MFe 2 oh 4 (M =Co, mg, Zn) sono stati studiati anche come ospiti polari dello zolfo, e i risultati confermano la superiorità delle ferriti metalliche nella fabbricazione di compositi a base di zolfo con elevate capacità gravimetriche/volumetriche per la potenziale applicazione di batterie Li-S con elevata densità di energia gravimetrica/volumetrica.
