日前，中科院電工研究所馬衍偉團(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)，具有超高比表面積和大孔隙率。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。相關(guān)成果發(fā)布于《材料化學(xué)》。

據(jù)介紹，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200納米的碳球，其內(nèi)部含有主要為1~3納米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)。

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1250 mAh g-1的比容量(0.2 C)。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他儲能器件提供了新的思路。