近日，我校理學院李新宇研究員課題組，在锂硫電池研究領域取得重要進展。相關成果以Holey graphene anchoring of the monodispersed nano-sulfur with covalently-grafted polyaniline for lithium sulfur batteries為題發表在碳材料領域國際著名期刊Carbon（SCI一區TOP期刊，影響因子9.594）上，并被選為當期的Front Cover正封面（石墨烯中的圈代表刻蝕的孔洞，圈中的小球表示锂硫電池工作中的硫球，而琉球中的倒影暗含我們所在城市桂林的漂亮山水The ball encircled by a graphene ring represents nano-sulphur particles are anchored by holey graphene, which is the highlight of this paper. Moreover, the reflection in the ball is the beautiful landscape of Guilin, the city where we live in.），如下圖所示。本研究得到國家自然科學基金、廣西自然科學基金資助。我校理學院碩士研究生李嘉勁為論文第一作者，李新宇研究員、唐濤副教授和肖劍榮教授為共同通訊作者，9728太阳集团首页為唯一通訊單位。

锂硫電池被認為是最有前景的下一代高能量存儲系統之一，其理論能量密度達到2600 Wh kg ^-1。但活性物質硫的導電性低、分散性差、體積膨脹大、中間多硫化物穿梭等缺陷，會導緻硫利用率低、陰極結構被破壞、容量衰減快等問題。在電池陰極實現納米硫的均勻分散和有效錨定是提升锂硫電池的關鍵因素。然而，傳統的熔融法負載硫，硫易團聚形成塊狀，嚴重影響硫的利用率。因此，課題組通過在石墨烯中制造均勻的納米孔洞，有效地調控了納米琉球的尺寸和分布，并通過光輔助的方法将聚苯胺和多孔石墨烯交聯，獲得了一種新型的類似“雞蛋托盤”的結構(圖1)，對納米硫進行了進一步的錨定。該結構對硫的均勻分散能有效減少“死硫”産生，對硫的有效錨定能阻止多硫化锂的溶解和穿梭效應，多孔石墨烯和聚苯胺的有效交聯能有效提供電子轉移和Li⁺擴散的面内和層間通道，并為電化學過程中的體積變化提供了緩沖空間。制備的3DHG/NS/CPANI陰極表現出良好的性能與高硫利用率,在0.5C和1C的條件下，分别達到1082和921mAh g^-1的放電比容量，在1C條件下500次循環後獲得了每循環0.04%的超低容量衰減率。該研究将形貌控制、納米硫錨定和結構工程相結合，協同提高锂硫電池的電化學性能，将為能源存儲和轉化提供有價值的參考。

論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.11.037.

圖1 納米硫嵌入三維多孔“蛋托”結構及其光輔助交聯聚苯胺的制備流程

圖2 (a) 3DHG/NS/CPANI、3DHG/NS/PANI、3DHG/NS和RGO/S陰極在0.5 C下的循環性能，(b) 3DHG/NS/CPANI複合材料在1 C下的長循環性能和對應的庫侖效率。