中国科学院金属研究所先进炭材料研究部以天然棉花为前驱体，经过高温碳化，制备出具有高导电性的三维空心碳纤维泡沫，最终获得硫的面密度最高可达21.2 mg cm-2的三维空心碳纤维泡沫硫正极。成果近日发表于《先进材料》。
据了解，锂硫电池被视为最有发展前景的下一代高能量电化学储能系统之一。然而基于多电子反应的锂硫电池在充放电过程中，会产生“穿梭效应”，造成不可逆容量损失，严重制约了锂硫电池的实用化进程。
新碳/硫复合电极可提供兼具短程和长程的多级导电网络，实现较高的硫利用率。研究同时提出了利用空心碳纤维泡沫对电解液超高的吸液率，使其在吸收电解液的同时，也将溶于电解液的多硫化物限制在正极区域，阻止了多硫化物向负极的扩散，从而有效抑制了“穿梭效应”，保证了良好的循环稳定性。这种复合电极在循环150次之后，可实现70%的容量保持率。
研究不仅展示了以天然物质为原料制备高导电性碳材料的方法，还提出了抑制锂硫电池“穿梭效应”的新思路，为开发高性能高面容量的锂硫电池开辟了新的途径。