Jämfört med S/CNT, S/NiFe2O4 har högre volymetrisk kapacitet och cykelstabilitet. Kredit:©Science China Press
Litium-svavel (Li-S) batteri skulle kunna bli praktiskt om 20 procent av de teoretiska energitätheterna (2600 Wh/kg eller 2800 Wh/L) kan uppnås. Utredare har ambitionen att nå en energitäthet på 500 Wh/kg inom en snar framtid.
Xue-Ping Gao från Nankai University, säger, "För närvarande, den volymetriska energitätheten på 500 Wh/L är inte uppfylld. Men det realiserades redan i kommersiella litiumjonbatterier (LIB) för många år sedan. Den låga volymetriska energitätheten är en flaskhals för praktiskt Li-S-batteri."
I sig själv, svavel har lägre densitet än övergångsmetalloxider som katoder i LIB. Värre, för att förbättra den elektrokemiska prestandan, svavel tvingas vanligtvis att ladda på olika lätta kolvärdar, vilket leder till lägre volymetrisk kapacitet hos svavelbaserade kompositer, och undergräver den volymetriska energitätheten för Li-S-batteri.
Jämfört med kolmaterial, tungmetalloxider erbjuder inte bara god adsorptionsförmåga hos polysulfider för att undertrycka skytteleffekten, men också hjälpa till att erhålla täta svavelbaserade kompositer med hög tappdensitet. Gao säger, "Baserat på det här, vi utvecklade nickelferrit (NiFe 2 O 4 ) porösa ihåliga 1-D-nanofibrer via elektrospinningsteknik. NiFe som förbereds 2 O 4 nanofibrer användes här som en ny värd av svavel för att öka den volymetriska kapaciteten hos svavelbaserade kompositer."
Gao beskriver sitt experiment, "För det första, polysulfidadsorptionstestet avslöjar den starka kemisorptionen mot lösliga polysulfider av NiFe 2 O 4 ." Både den stabila adsorptionsgeometrin och adsorptionsenergin för Li2S8 på (111) planet för NiFe 2 O 4 bekräftas av Density Functional Theory (DFT) beräkning jämfört med kolnanorör (CNT).
Som ett resultat, S/NiFe 2 O 4 komposit ger en initial urladdningskapacitet på 963,6 mAh/g, och bra cykelstabilitet. "Vidare, S/NiFe2O4 -kompositen visar nästan 2 gånger högre överlägsen volymkapacitet än S/CNT -komposit. Det kommer inte som någon överraskning att S/NiFe 2 O 4 komposit har en mycket större tappdensitet än S/CNT-komposit, " han sa.
Dessutom, andra metallferriter MFe 2 O 4 (M =Co, Mg, Zn) har också undersökts som polära värdar av svavel, och resultaten bekräftar metallferriternas överlägsenhet vid tillverkning av svavelbaserade kompositer med hög gravimetrisk/volymetrisk kapacitet för potentiell tillämpning av Li-S-batterier med hög gravimetrisk/volumetrisk energitäthet.
