Comparado com S / CNTs, S / NiFe2O4 tem maior capacidade volumétrica e estabilidade de ciclo. Crédito:© Science China Press
A bateria de lítio-enxofre (Li-S) pode se tornar prática se 20 por cento das densidades de energia teóricas (2600 Wh / kg ou 2800 Wh / L) puderem ser alcançadas. Os investigadores ambicionam atingir uma densidade energética de 500 Wh / kg num futuro próximo.
Xue-Ping Gao da Universidade Nankai, diz, "Atualmente, a densidade de energia volumétrica de 500 Wh / L não é satisfeita. Mas isso já era realizado em baterias comerciais de íon-lítio (LIBs) há muitos anos. A baixa densidade de energia volumétrica é um gargalo da bateria Li-S prática. "
Intrinsecamente, o enxofre tem densidade mais baixa do que os óxidos de metal de transição como cátodos nos LIBs. Pior, a fim de melhorar o desempenho eletroquímico, enxofre é geralmente forçado a carregar em vários hospedeiros de carbono leve, levando a uma capacidade volumétrica mais baixa de compostos à base de enxofre, e minando a densidade de energia volumétrica da bateria Li-S.
Comparado com materiais de carbono, óxidos de metais pesados não oferecem apenas boa capacidade de adsorção de polissulfetos para suprimir o efeito de transporte, mas também ajudam a obter compósitos densos à base de enxofre com alta densidade compactada. Gao diz, "Com base nisso, desenvolvemos ferrita de níquel (NiFe 2 O 4 ) nanofibras 1-D ocas porosas via tecnologia de eletrofiação. O NiFe preparado 2 O 4 nanofibras foram usadas aqui como um novo hospedeiro de enxofre, a fim de aumentar a capacidade volumétrica de compósitos à base de enxofre. "
Gao detalha seu experimento, "Em primeiro lugar, o teste de adsorção de polissulfeto revela a forte quimissorção para polissulfetos solúveis por NiFe 2 O 4 . "Tanto a geometria de adsorção estável quanto a energia de adsorção de Li2S8 no plano (111) de NiFe 2 O 4 são confirmados pelo cálculo da Teoria Funcional da Densidade (DFT) em comparação com os nanotubos de carbono (CNTs).
Como resultado, o S / NiFe 2 O 4 composto fornece uma capacidade de descarga inicial de 963,6 mAh / g, e boa estabilidade de ciclo. "Além disso, o compósito S / NiFe2O4 mostra capacidade volumétrica superior quase 2 vezes maior do que o compósito S / CNT. Não é nenhuma surpresa que o S / NiFe 2 O 4 composto tem uma densidade compactada muito maior do que o composto S / CNT, " ele disse.
Além disso, outras ferrites de metal MFe 2 O 4 (M =Co, Mg, Zn) também foram investigados como hospedeiros polares de enxofre, e os resultados confirmam a superioridade das ferritas metálicas na fabricação de compósitos à base de enxofre com alta capacidade gravimétrica / volumétrica para o potencial de aplicação de baterias de Li-S com alta densidade de energia gravimétrica / volumétrica.
