中國科學(xué)院金屬研究所先進(jìn)炭材料研究部以天然棉花為前驅(qū)體，經(jīng)過高溫碳化，制備出具有高導(dǎo)電性的三維空心碳纖維泡沫，最終獲得硫的面密度最高可達(dá)21.2mgcm-2的三維空心碳纖維泡沫硫正極。成果近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

據(jù)了解，鋰硫電池被視為最有發(fā)展前景的下一代高能量電化學(xué)儲能系統(tǒng)之一。然而基于多電子反應(yīng)的鋰硫電池在充放電過程中，會(huì)產(chǎn)生“穿梭效應(yīng)”，造成不可逆容量損失，嚴(yán)重制約了鋰硫電池的實(shí)用化進(jìn)程。

新碳/硫復(fù)合電極可提供兼具短程和長程的多級導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)較高的硫利用率。研究同時(shí)提出了利用空心碳纖維泡沫對電解液超高的吸液率，使其在吸收電解液的同時(shí)，也將溶于電解液的多硫化物限制在正極區(qū)域，阻止了多硫化物向負(fù)極的擴(kuò)散，從而有效抑制了“穿梭效應(yīng)”，保證了良好的循環(huán)穩(wěn)定性。這種復(fù)合電極在循環(huán)150次之后，可實(shí)現(xiàn)70%的容量保持率。

研究不僅展示了以天然物質(zhì)為原料制備高導(dǎo)電性碳材料的方法，還提出了抑制鋰硫電池“穿梭效應(yīng)”的新思路，為開發(fā)高性能高面容量的鋰硫電池開辟了新的途徑。