自中科院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室成會(huì)明課題組發(fā)現(xiàn)了石墨烯可作為硫電極及電池隔膜的保護(hù)及導(dǎo)電層后，關(guān)于石墨烯鋰硫電池的研究便不斷取得了新進(jìn)展。

近年來，北京科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院王榮明教授帶領(lǐng)的先進(jìn)物質(zhì)與界面物理研究團(tuán)隊(duì)在物質(zhì)的界面結(jié)構(gòu)調(diào)控、表征和特性研究領(lǐng)域開展了一系列研究工作。團(tuán)隊(duì)青年教師于明鵬博士與邱宏教授等合作在新型石墨烯基鋰硫電池正極材料方面發(fā)現(xiàn)，鋰硫電池具有高理論能量密度(2600Wh/kg)，且單質(zhì)硫價(jià)格低廉、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，但是，如何提高活性物質(zhì)硫的利用率并改善循環(huán)穩(wěn)定性等成為目前的一個(gè)主要問題，這也引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。

針對(duì)上述問題，于明鵬博士與其合作者在制備N-摻雜石墨烯基礎(chǔ)上，采用熔融-擴(kuò)散的方法獲得碳-硫復(fù)合材料，并進(jìn)一步通過原子層沉積(ALD)對(duì)碳硫體系界面進(jìn)行調(diào)控。獲得的N-摻雜石墨烯具有高吡啶、吡咯氮含量、大比表面積以及豐富的孔結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，大幅提高了石墨烯材料的表面化學(xué)活性。碳-硫復(fù)合材料可以通過碳材料物理吸附和N-摻雜的化學(xué)吸附對(duì)充放電過程中產(chǎn)生的多硫離子進(jìn)行有效束縛，ALD改性則可進(jìn)一步起到原位吸附和屏蔽作用，從而有效抑制充放電過程中的“穿梭效應(yīng)”，最終得到優(yōu)異的電化學(xué)性能。作者還通過理論計(jì)算對(duì)氧化物與多硫離子的結(jié)合能力進(jìn)行了深入研究。

該項(xiàng)研究工作已被該領(lǐng)域的國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》接收發(fā)表。是繼該團(tuán)隊(duì)在Nature系列雜志發(fā)表論文、陳娣教授團(tuán)隊(duì)在新能源領(lǐng)域取得新進(jìn)展以來的又一項(xiàng)重要成果。