中國科學院電工研究所研究員馬衍偉團隊設計開發出一種具有多級次微觀結構的新型石墨烯-多孔碳球復合納米材料。該碳復合材料兼具石墨烯納米片和多孔碳納米球的優點，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，中國科學院電工研究所研究員馬衍偉團隊設計開發出一種具有多級次微觀結構的新型石墨烯-多孔碳球復合納米材料。該碳復合材料兼具石墨烯納米片和多孔碳納米球的優點，具有3182m2g-1的超高比表面積和1.93cm3g-1的大孔隙率。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。

從微觀結構來看，這種碳復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，其內部含有主要為1-3nm的多級次介微納米多孔結構，共同構成多級次的碳-碳復合納米結構（如下圖所示）。

基于石墨烯多級次復合材料的碳硫正極結構以及電化學性能

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

這表明該研究提出的零維&二維多級次復合納米結構設計，發揮了石墨烯和多孔碳球的協同效應，有效地分散、限域硫正極，提高了電化學活性、避免了硫的穿梭效應，為開發高容量、長循環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教授趙海雷合作完成，相關結果發表在《材料化學》(ChemistryofMaterials，2016，28，7864-7871)上。上述研究獲得國家自然科學基金委和電工所創新人才引進計劃的大力支持。