石墨烯材料在鋰硫電池中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)鋰離子電池中，正極材料因插層式的儲鋰機(jī)特種致其容量普遍較低，無法滿足快速上升的市場需求。因此，新型高能量密度二次電池的探索和研發(fā)成為了儲能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中其中鋰硫電池就是其中之一。

為了獲得高性能的鋰硫電池，研究者對硫正極進(jìn)行了多種手段的復(fù)合與改性研究，設(shè)計(jì)并制備了一系列具有新穎結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的復(fù)合硫正極材料。其中，碳材料因其導(dǎo)電性高、結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大等優(yōu)勢而得到了廣泛應(yīng)用，而石墨烯這一新型碳材料在提升鋰硫電池性能方面有優(yōu)異表現(xiàn)。

石墨烯是優(yōu)異的電子導(dǎo)體，同時具有機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，同時化學(xué)改性的石墨烯及石墨烯衍生物具有一系列能為負(fù)載供應(yīng)諸多活性位點(diǎn)的表面官能團(tuán)，因此石墨烯在復(fù)合硫正極材料中得到了廣泛的應(yīng)用。一方面，石墨烯材料被用作硫正極的導(dǎo)電載體，彌補(bǔ)硫?qū)щ娦圆畹娜毕荩涣硪环矫?，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表面改性，石墨烯還能夠抑制多硫化物的溶解。

石墨烯鋰離子電池材料極高的電導(dǎo)率可以彌補(bǔ)硫顆粒導(dǎo)電性差的問題，因此石墨烯材料多被設(shè)計(jì)成負(fù)載硫單質(zhì)的導(dǎo)電基體或者導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，比如石墨烯泡沫結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)石墨烯與硫在納米尺度的均勻復(fù)合，能夠?yàn)榱蚬?yīng)快速與高效的電子傳輸通道，同時納米孔還能夠有效束縛多硫化物。

鋰硫電池由于其理論比容量、比能量高，原料價(jià)廉易得，在未來電化學(xué)儲能領(lǐng)域中將極具競爭力，假如通過石墨烯的應(yīng)用能夠改善鋰硫電池實(shí)際容量低、循環(huán)性能差和信率性能不佳等缺點(diǎn)，在不遠(yuǎn)的將來，鋰硫電池的表現(xiàn)可能會給我們帶來更多驚喜。