近日，公司理学院李新宇研究员课题组，在锂硫电池研究领域取得重要进展。相关成果以Holey graphene anchoring of the monodispersed nano-sulfur with covalently-grafted polyaniline for lithium sulfur batteries为题发表在碳材料领域国际著名期刊Carbon（SCI一区TOP期刊，影响因子9.594）上，并被选为当期的Front Cover正封面（石墨烯中的圈代表刻蚀的孔洞，圈中的小球表示锂硫电池工作中的硫球，而琉球中的倒影暗含我们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.），如下图所示。本研究得到国家自然科学基金、广西自然科学基金资助。公司理公司硕士研究生李嘉劲为论文第一作者，李新宇研究员、唐涛副教授和肖剑荣教授为共同通讯作者，william威廉官网为唯一通讯单位。

锂硫电池被认为是最有前景的下一代高能量存储系统之一，其理论能量密度达到2600 Wh kg ^-1。但活性物质硫的导电性低、分散性差、体积膨胀大、中间多硫化物穿梭等缺陷，会导致硫利用率低、阴极结构被破坏、容量衰减快等问题。在电池阴极实现纳米硫的均匀分散和有效锚定是提升锂硫电池的关键因素。然而，传统的熔融法负载硫，硫易团聚形成块状，严重影响硫的利用率。因此，课题组通过在石墨烯中制造均匀的纳米孔洞，有效地调控了纳米琉球的尺寸和分布，并通过光辅助的方法将聚苯胺和多孔石墨烯交联，获得了一种新型的类似“鸡蛋托盘”的结构(图1)，对纳米硫进行了进一步的锚定。该结构对硫的均匀分散能有效减少“死硫”产生，对硫的有效锚定能阻止多硫化锂的溶解和穿梭效应，多孔石墨烯和聚苯胺的有效交联能有效提供电子转移和Li⁺扩散的面内和层间通道，并为电化学过程中的体积变化提供了缓冲空间。制备的3DHG/NS/CPANI阴极表现出良好的性能与高硫利用率,在0.5C和1C的条件下，分别达到1082和921mAh g^-1的放电比容量，在1C条件下500次循环后获得了每循环0.04%的超低容量衰减率。该研究将形貌控制、纳米硫锚定和结构工程相结合，协同提高锂硫电池的电化学性能，将为能源存储和转化提供有价值的参考。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.11.037.

图1 纳米硫嵌入三维多孔“蛋托”结构及其光辅助交联聚苯胺的制备流程

图2 (a) 3DHG/NS/CPANI、3DHG/NS/PANI、3DHG/NS和RGO/S阴极在0.5 C下的循环性能，(b) 3DHG/NS/CPANI复合材料在1 C下的长循环性能和对应的库仑效率。