近日，iChEM碳资源优化利用平台副首席科学家、厦门大学郑南峰教授与厦门大学微纳米研究院方晓亮副教授带领的团队在锂硫电池方面的研究取得重要进展。他们通过设计新型三维分级多孔碳材料，大幅提升了锂硫电池的性能，相关结果以封面文章的形式发表于在国际学术刊物《先进功能材料》 (Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 8952-8959)上。

锂硫电池因其高理论比容量（1675 mAh g^-1）和低廉的成本受到了研究者们的高度关注。到目前为止，锂硫电池的实际应用仍然受限于硫正极存在的固有缺陷，如：硫的绝缘性，多硫化物中间体溶解导致的正电极活性物质减少，以及充放电过程中硫体积变化巨大等问题。在过去的几年中，利用多孔碳材料作为硫载体被认为是解决这些问题的一条有效途径。值得注意的是，在已有碳硫复合材料的研究中，正极硫含量通常低于70 wt%。这极大降低了锂硫电池的能量密度优势。然而，简单地提升硫含量将不可避免地导致电池的容量、倍率和循环稳定性的快速下降。

为了解决这一问题，厦门大学郑南峰教授和方晓亮副教授团队基于简单的模板法设计了一种由一维多孔碳骨架表面上垂直定向排列超薄二维多孔碳纳米片构成的新型三维分级多孔碳材料（HPCR）。与一维多孔微米棒和二维多孔碳纳米片相比，三维分级多孔结构的HPCR因其高比表面积（2226 cm2 g^-1）、超大孔体积（4.9 cm3 g^-1）和理想的离子传输通道，可以有效地提升硫的利用率。作为正极材料使用时，硫含量为78.9 wt%的HPCR/S复合物在1 C（1 C = 1675 mA g^-1）倍率下循环300次后可逆容量可达700 mAh g^-1；在5 C倍率下充放电时，可逆容量为646 mAh g^-1。当硫含量高达88.8 wt%时，HPCR/S复合物仍然表现出良好的倍率性能（3 C倍率下可逆容量为545 mAh g^-1）和循环稳定性（1 C倍率下循环200次后可逆容量为632 mAh g^-1）。由于正极的硫含量达到了71%，1 C倍率下循环200次后的相应体积容量高达880 mAh cm^-3。该工作不仅为高能量密度的锂硫电池提供了新思路，还有可为其它研究领域如超级电容器、催化和污染物等提供极具潜力的新材料。

该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室、能源材料化学协同创新中心和福建省纳米制备技术工程中心的支持。

论文连接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201601897/epdf