Lithium-zwavel (Li-S) batterij kan praktisch worden als 20 procent van de theoretische energiedichtheden (2600 Wh/kg of 2800 Wh/L) kan worden bereikt. Onderzoekers hebben de ambitie om in de nabije toekomst een energiedichtheid van 500 Wh/kg te bereiken.

Xue-Ping Gao van de Nankai Universiteit, zegt, "Momenteel, aan de volumetrische energiedichtheid van 500 Wh/L wordt niet voldaan. Maar het werd al vele jaren geleden gerealiseerd in commerciële lithium-ionbatterijen (LIB's). De lage volumetrische energiedichtheid is een knelpunt van praktische Li-S-batterijen."

intrinsiek, zwavel heeft een lagere dichtheid dan overgangsmetaaloxiden als kathoden in LIB's. Slechter, om de elektrochemische prestaties te verbeteren, zwavel wordt meestal gedwongen om op verschillende lichtgewicht koolstofgastheren te laden, wat leidt tot een lagere volumetrische capaciteit van op zwavel gebaseerde composieten, en het ondermijnen van de volumetrische energiedichtheid van de Li-S-batterij.

Vergeleken met koolstofmaterialen, zware metaaloxiden bieden niet alleen een goed adsorptievermogen van polysulfiden om het shuttle-effect te onderdrukken, maar ook helpen bij het verkrijgen van dichte composieten op zwavelbasis met een hoge tapdichtheid. Gao zegt, "Op basis hiervan, ontwikkelden we nikkelferriet (NiFe ₂ O ₄ ) poreuze holle 1-D nanovezels via elektrospintechnologie. De kant-en-klare NiFe ₂ O ₄ nanovezels werden hier gebruikt als een nieuwe gastheer van zwavel om de volumetrische capaciteit van op zwavel gebaseerde composieten te vergroten."

Gao beschrijft hun experiment, "Ten eerste, de polysulfide-adsorptietest onthult de sterke chemisorptie naar oplosbare polysulfiden door NiFe ₂ O ₄ ." Zowel de stabiele adsorptiegeometrie en adsorptie-energie van Li2S8 op (111) vlak van NiFe ₂ O ₄ worden bevestigd door Density Functional Theory (DFT) -berekening in vergelijking met koolstofnanobuisjes (CNT's).

Als resultaat, de S/NiFe ₂ O ₄ composiet levert een initiële ontladingscapaciteit van 963,6 mAh/g, en goede cyclusstabiliteit. "Verder, de S/NiFe2O4-composiet vertoont een bijna 2 keer hogere superieure volumetrische capaciteit dan S/CNT-composiet. Het is geen verrassing dat de S/NiFe ₂ O ₄ composiet heeft een veel grotere tikdichtheid dan de S/CNT-composiet, " hij zei.

In aanvulling, andere metaalferrieten MFe ₂ O ₄ (M =Co, Mg, Zn) zijn ook onderzocht als polaire gastheren van zwavel, en de resultaten bevestigen de superioriteit van metaalferrieten bij het vervaardigen van op zwavel gebaseerde composieten met hoge gravimetrische/volumetrische capaciteiten voor de mogelijke toepassing van Li-S-batterijen met een hoge gravimetrische/volumetrische energiedichtheid.