纳米科学：CaO使石墨烯层次结构成为高功率锂硫电池

结构层次是生物世界的基石，也是我们从大自然中学到的最重要的教训，用于开发用于能量转换和储存的各种应用的巧妙的分层多孔材料。最近，由清华大学张强教授领导的一个来自中国的研究小组，通过多功能化学气相沉积（CVD）在CaO模板上开发出一种新型的分级多孔石墨烯（HPG），用于高功率锂-硫（Li-S）电池。这项工作发表在高级功能材料杂志上。

由于对可持续能源系统和便携式储能设备的迫切需求，Li-S电池被认为是下一代储能设备最有前途的替代品，因为其理论能量密度高达2600Whkg-1，低成本，环保，“张教授说。“尽管有这些优点，但由于硫和硫化锂的固有绝缘，多硫化物的穿梭效应，以及操作过程中阴极材料的巨大体积变化，实际应用仍然面临着巨大的挑战，研究人员一直在寻求开发具有可调结构等级和表面特征的分层纳米碳材料，用作Li-S阴极支架，以有效地解决这些问题。分层多孔材料分别在不止一个长度尺度上具有不同性质和作用的孔隙率。对于改善Li-S电池性能非常重要。

然而，采用多步骤过程的策略或/和多尺度模板主要用于获得等级的孔隙度。它总是复杂且不利于结构规则，”研究生和第一作者程唐说，Cheng首次提出了分级多孔CaO颗粒作为石墨烯容易CVD生长的有效催化模板。CaO是一种非常普遍且有前途的材料，具有低成本，易于纯化和有希望的循环利用。此外，可以容易地获得CaO的各种分层结构，使其成为制造具有可调结构层次的HPG材料的通用策略。

基于这一概念，他们获得了石墨烯的分层多孔结构，具有丰富的微观内部空位，中等皱纹孔和宏观支撑腔。它可以作为Li-S电池阴极的有利支架，具有更高的硫利用率，高放电容量和效率，优异的稳定性和优异的倍率性能。小介孔有助于硫和多硫化物的捕获;具有高SSA的微孔和有缺陷的石墨烯层适应高硫负载并具有紧密亲和力;互连的大介孔和大孔缩短了离子和电解质的传输距离。

我们希望分层多孔石墨烯材料的新型制造策略能够改善阴极支架的性能，以实现Li-S电池的实际应用。”羌说。通过更细致的层次结构设计和额外的表面修改，预计会有进一步的改进。这里提出的想法开辟了用金属氧化物催化剂开发纳米结构石墨烯的新观点，这种催化剂对于可调结构，可变特性和有前景的应用而言是新鲜但多功能的。