中國科學(xué)院電工研究所研究員馬衍偉團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)出一種具有多級次微觀結(jié)構(gòu)的新型石墨烯-多孔碳球復(fù)合納米材料。該碳復(fù)合材料兼具石墨烯納米片和多孔碳納米球的優(yōu)點(diǎn)，基于這種碳納米材料，電工所制備出了高性能鋰硫電池正極。

日前，中國科學(xué)院電工研究所研究員馬衍偉團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)出一種具有多級次微觀結(jié)構(gòu)的新型石墨烯-多孔碳球復(fù)合納米材料。該碳復(fù)合材料兼具石墨烯納米片和多孔碳納米球的優(yōu)點(diǎn)，具有3182m2g-1的超高比表面積和1.93cm3g-1的大孔隙率?；谶@種碳納米材料，電工所制備出了高性能鋰硫電池正極。

從微觀結(jié)構(gòu)來看，這種碳復(fù)合材料以石墨烯納米片作為骨架，表面分散附著直徑約為200nm的碳球，其內(nèi)部含有主要為1-3nm的多級次介微納米多孔結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成多級次的碳-碳復(fù)合納米結(jié)構(gòu)（如下圖所示）。

基于石墨烯多級次復(fù)合材料的碳硫正極結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能

由于超高的比表面積和孔隙率，制備的碳硫復(fù)合正極即使在大的硫負(fù)載率（74.5%）下，仍可發(fā)揮1250mAhg-1的比容量（0.2C）。循環(huán)充放電100次后，仍可保持916mAhg-1的比容量。在2C電流下循環(huán)充放電450次，容量保持率約為98%。

這表明該研究提出的零維&二維多級次復(fù)合納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)揮了石墨烯和多孔碳球的協(xié)同效應(yīng)，有效地分散、限域硫正極，提高了電化學(xué)活性、避免了硫的穿梭效應(yīng)，為開發(fā)高容量、長循環(huán)性能鋰硫電池以及其它儲能器件提供了新的思路。

該研究與北京科技大學(xué)教授趙海雷合作完成，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《材料化學(xué)》(ChemistryofMaterials，2016，28，7864-7871)上。上述研究獲得國家自然科學(xué)基金委和電工所創(chuàng)新人才引進(jìn)計(jì)劃的大力支持。