近日，錢(qián)逸泰院士團(tuán)隊(duì)熊勝林教授組在鋰硫電池正極材料方面又取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Sole Chemical Confinement of Polysulfides on Nonporous Nitrogen/Oxygen Dual-Doped Carbon at the Kilogram Scale for Lithium–Sulfur Batteries”為題目在線發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Adv. Funct. Mater., 2016, early view, DOI: 10.1002/adfm.201604265; I.F. = 11.805）。該研究論文的第一作者是我院2014級(jí)博士生弭侃，這也是該同學(xué)在該領(lǐng)域發(fā)表的第二篇AFM。
相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，鋰硫電池所采用的正極活性物質(zhì)硫單質(zhì)由于具有儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)且它的理論比容量和能量密度可高達(dá)1672 mAh g?1和2600 Wh kg?1，故而，它被認(rèn)為是一種極有潛力的二次鋰離子電池并受到各國(guó)研究者的青睞?，F(xiàn)階段，鋰硫電池真正的商業(yè)化應(yīng)用依然被一些亟待解決的問(wèn)題所阻礙，如硫單質(zhì)導(dǎo)電性差，多硫化物在充放電過(guò)程中的擴(kuò)散穿梭及正極材料的體積膨脹等。針對(duì)上述問(wèn)題，各類(lèi)形貌的載體材料（如多孔碳材料，極性氧化物等）被設(shè)計(jì)并用以提高鋰硫電池的循環(huán)性能。然而，不論是依靠物理毛細(xì)吸附作用的多孔碳載體亦或是通過(guò)表面化學(xué)吸附的極性金屬氧化物或功能化修飾的碳材料，在載體材料的大規(guī)模制備方面都存在一些尚未克服的問(wèn)題。如在制備高比表面積載體材料和表面改性的過(guò)程中，一些必要但繁瑣的步驟往往被采用，這不僅浪費(fèi)了原料和時(shí)間，提高了制備成本，而且就生產(chǎn)規(guī)模來(lái)說(shuō)，鮮有文獻(xiàn)報(bào)告硫的載體可以達(dá)到公斤級(jí)的制備，這無(wú)疑限制了鋰硫電池的市場(chǎng)化發(fā)展。因此，尋找制備一類(lèi)載體材料，使它原料廉價(jià)易得，制備過(guò)程簡(jiǎn)單方便并可量產(chǎn)，對(duì)于鋰硫電池的市場(chǎng)化開(kāi)發(fā)就變得十分迫切和必要。
基于上述問(wèn)題，為了解決市場(chǎng)化需求，熊勝林教授課題組利用價(jià)廉易得的聚乙烯吡咯烷酮和葡萄糖為原料公斤級(jí)的合成了一種富含氮氧雙異質(zhì)原子摻雜的碳材料（NONPCM-K），利用該碳材料作為硫的載體（NONPCM-K/S-70），在高載硫量的情況下，其電池測(cè)試展示了優(yōu)異的的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在1 C的電流密度下循環(huán)300圈后，其可逆容量保持在540 mAh g-1，所對(duì)應(yīng)的每圈容量衰減率僅為0.058%。以此類(lèi)碳材料作為鋰硫電池的載體并純粹的通過(guò)表面化學(xué)吸附來(lái)固硫的報(bào)道在現(xiàn)階段還未有報(bào)告。它的優(yōu)點(diǎn)在于：（I）相對(duì)于依靠毛細(xì)吸附作用的載體材料來(lái)說(shuō)，該類(lèi)碳材料省略了高孔容制備過(guò)程中繁雜的步驟，而且實(shí)現(xiàn)了公斤級(jí)制備；同時(shí)，由于硫單質(zhì)都吸附在載體的表面，不存在硫單質(zhì)在充放電過(guò)程中體積膨脹所造成的載體孔道坍塌的現(xiàn)象。（II）與提供化學(xué)吸附的過(guò)渡金屬氧化物/碳化物/氮化物相比，該類(lèi)碳材料來(lái)源更廣泛，成本更低廉，且導(dǎo)電性更高，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步的規(guī)?；苽浜托阅軆?yōu)化正在進(jìn)一步的研究中。
2016年，該課題組在功能化碳及其復(fù)合結(jié)構(gòu)材料與電化學(xué)性質(zhì)研究方面取得了一些列成果，在Energy Environ. Sci. (2016，9，1430-1438)、Adv. Funct. Mater. ( 2016, 26, 1571-1576.; 2016, 26, early view, DOI: 10.1002/adfm.201604265), J. Mater. Chem A和Nanoscale等發(fā)表論文10篇。上述系列研究得到國(guó)家面上項(xiàng)目，山東省自然科學(xué)杰出青年基金和山東大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的支持。
附文論鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201604265/full。
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