La batterie lithium-soufre (Li-S) pourrait devenir pratique si 20 % des densités énergétiques théoriques (2600 Wh/kg ou 2800 Wh/L) peuvent être atteintes. Les enquêteurs ont l'ambition d'atteindre une densité énergétique de 500 Wh/kg dans un futur proche.

Xue-Ping Gao de l'Université de Nankai, dit, "Actuellement, la densité d'énergie volumétrique de 500 Wh/L n'est pas satisfaite. Mais cela a déjà été réalisé dans les batteries lithium-ion commerciales (LIB) il y a de nombreuses années. La faible densité d'énergie volumétrique est un goulot d'étranglement de la batterie Li-S pratique."

Intrinsèquement, le soufre a une densité inférieure à celle des oxydes de métaux de transition comme cathodes dans les LIB. Pire, afin d'améliorer les performances électrochimiques, le soufre est généralement forcé de se charger sur divers hôtes de carbone légers, conduisant à une capacité volumétrique plus faible des composites à base de soufre, et saper la densité d'énergie volumétrique de la batterie Li-S.

Par rapport aux matériaux en carbone, les oxydes de métaux lourds offrent non seulement une bonne capacité d'adsorption des polysulfures pour supprimer l'effet navette, mais aussi aider à obtenir des composites denses à base de soufre avec une densité de pression élevée. Gao dit, "Basé sur ceci, nous avons développé de la ferrite de nickel (NiFe 2 O 4 ) nanofibres creuses poreuses 1-D via la technologie d'électrofilage. Le NiFe tel que préparé 2 O 4 les nanofibres ont été utilisées ici comme un nouvel hôte de soufre afin d'augmenter la capacité volumétrique des composites à base de soufre."

Gao détaille leur expérience, "Premièrement, le test d'adsorption des polysulfures révèle la forte chimisorption vers les polysulfures solubles par NiFe 2 O 4 ." La géométrie d'adsorption stable et l'énergie d'adsorption de Li2S8 sur le plan (111) de NiFe 2 O 4 sont confirmés par le calcul de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) par rapport aux nanotubes de carbone (CNT).

Par conséquent, le S/NiFe 2 O 4 le composite délivre une capacité de décharge initiale de 963,6 mAh/g, et une bonne stabilité du cycle. "En outre, le composite S/NiFe2O4 présente une capacité volumétrique supérieure près de 2 fois supérieure à celle du composite S/CNT. Il n'est pas surprenant que le S/NiFe 2 O 4 composite a une densité de tassement beaucoup plus grande que le composite S/CNT, " il a dit.

En outre, autres ferrites métalliques MFe 2 O 4 (M =Co, mg, Zn) ont également été étudiés comme hôtes polaires du soufre, et les résultats confirment la supériorité des ferrites métalliques dans la fabrication de composites à base de soufre avec des capacités gravimétriques/volumétriques élevées pour l'application potentielle des batteries Li-S à haute densité d'énergie gravimétrique/volumétrique.