理化所高性能鋰硫電池研究獲進(jìn)展

　　作為鋰離子電池的正極材料，硫的高理論容量（1675 mAh g−1）引起了人們的極大關(guān)注。但是，硫具有不導(dǎo)電、中間產(chǎn)物聚硫鋰溶于電解質(zhì)、體積膨脹嚴(yán)重等缺點(diǎn)，這些問題使得鋰硫電池的大規(guī)模應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，包括安全性、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性等。

　　為了克服這些問題，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心發(fā)展了一種在三維多孔碳（3D PGC）結(jié)構(gòu)中原位制備并負(fù)載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負(fù)載量達(dá)到90%，創(chuàng)造了硫的最高負(fù)載量紀(jì)錄，電極初始比容量高達(dá)1382 mAh g-1；硫的原位負(fù)載還形成碳硫鍵，顯著提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過1000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0.039%，達(dá)到了當(dāng)前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。因此，這一材料在提高硫的負(fù)載及利用效率的同時，還提高了電極材料3D S@PGC的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，為新一代鋰離子電池電極材料的設(shè)計(jì)開拓了新思路。

　　相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上（Nature Communications 2016, 7, 10601）。隨后，國際著名碳材料學(xué)家Rodney Ruoff教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授季恒星在《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》雜志上撰寫亮點(diǎn)文章（Acta Phys. Chim. Sin. 2016, 32, 797），對以上研究成果的創(chuàng)新性進(jìn)行了評價(jià)。

　　該研究工作得到中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”和國家自然科學(xué)基金的大力支持。

　　3D S@ PGC復(fù)合物形貌和元素分布：(a-c)為在不同放大倍數(shù)下的SEM圖片，(d-f)為TEM圖片及對應(yīng)形貌中C和S的分布