近日， 我院錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)熊勝林教授課題組在鋰硫電池正極材料的研究方面取得重要進(jìn)展。研究人員利用一種微孔和空心孔徑結(jié)構(gòu)并存的一維管狀碳材料為載體，成功的應(yīng)用到鋰硫電池的研究中。相關(guān)研究成果以“Hierarchical Carbon Nanotubes with a Thick Microporous Wall and Inner Channel as Efficient Scaffolds for Lithium–Sulfur Batteries”為題在線發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adfm.201504835；I.F. = 11.805）。該研究論文的第一作者是我院2014級(jí)博士生弭侃。
鋰硫電池作為一種新型的二次電池，近幾年來越發(fā)受到各國(guó)研究人員的青睞。由于作為正極活性物質(zhì)的硫單質(zhì)具有儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)并且硫的理論比容量和能量密度分別高達(dá)1672 mAh g?1和2600 Wh kg?1，遠(yuǎn)高于現(xiàn)在市場(chǎng)化的鋰離子電池；故而，鋰硫電池被認(rèn)為是一種非常有潛力的儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是由于單質(zhì)硫的導(dǎo)電性極低，相應(yīng)的多硫化物在外側(cè)電解液中的擴(kuò)散，硫和放電產(chǎn)物在充放電過程中的體積膨脹造成的結(jié)構(gòu)塌陷等問題限制了鋰硫電池的進(jìn)一步應(yīng)用。
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，熊勝林教授研究組利用水熱合成技術(shù)，經(jīng)過高溫煅燒等步驟，制備了一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的管狀碳材料，進(jìn)一步通過熔融-擴(kuò)散的方法獲得碳-硫復(fù)合材料。該碳材料外側(cè)管壁具有富含豐富的微孔孔道，可以有效的吸附多硫化物的溶出；而中間的空腔部分不僅可以負(fù)載更多的硫單質(zhì)，還可以起到在電化學(xué)反應(yīng)過程中緩解其體積膨脹的作用。兩者的結(jié)合保證了復(fù)合材料良好的電化學(xué)性能。同時(shí)，通過對(duì)不同放電截止電壓的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)了該種硫碳復(fù)合材料在合適的工作電壓窗口下容量的最大化。該研究成果為鋰硫電池碳載體的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了合理的方向。
附文論鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201504835/full
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