了一种三维石墨烯/纳米碳管多孔气凝胶材料可大幅提高锂硫电池性能

经济日报讯记者苏大鹏报道：近日，大连化物所吴忠帅研究员团队发明了一种三维石墨烯/纳米碳管多孔气凝胶材料，并将其应用于锂硫电池的硫单质载体和中间层一体化正极，获得了兼具高体积能量密度和优异循环稳定性的锂硫电池。相关研究成果发表在国际期刊《纳米能源》上。

锂硫电池被认为是一种非常具有应用前景的高比能电池。但由于硫单质存在质量密度低、导电性差，以及充放电过程中活性物质体积膨胀大，多硫化物穿梭严重等问题，导致其体积能量密度普遍较低、循环性能较差，大大限制了锂硫电池的实际应用。因此，如何同时提高锂硫电池的质量和体积能量密度，并延长其循环寿命是目前锂硫电池应用研究的瓶颈之一。

该研究团队开发出一种三维石墨烯/碳纳米管多孔气凝胶材料，并同时将其应用于锂硫电池的硫单质载体和中间层，成功构筑出自支撑、无金属集流体的一体化正极材料。该一体化正极材料具有很高的压实密度、优异导电性、良好的机械柔性，将锂硫电池的体积能量密度提高了3倍，而且有效解决了锂硫电池中由于多硫化物穿梭而导致的循环稳定性差难题。在大电流的条件下，电池能够稳定循环500圈，且容量几乎没有衰减，表现出优异的循环稳定性。这种硫单质载体和中间层一体化正极结构的设计策略为构建高体积能量密度、长循环寿命的锂硫电池提供了新的思路。