多孔碳球包裹的Si/SiO2锂硫电池正极材料
具有高能量密度与高功率密度的能量储存装置，对于现代社会的发展具有重要意义。虽然锂离子电池凭借其较高的能量密度，已在社会中获得了广泛应用，但其容量与能量密度严重受限于正极材料的发展，难以满足新兴技术领域对高容量储能装置的迫切需求。锂硫电池作为新一代储能装置，所使用的正极材料硫，不仅储量丰富，还具有很高的理论容量，达1675 mAh g-1。锂硫电池的理论能量密度也达到了锂离子电池理论能量密度的5倍以上，约为2600 Wh kg-1，并具有环境友好、低成本的优势，表现出了较高的应用潜力。虽然锂硫电池具有很高的应用价值，但由于硫的导电性差、充放电过程中体积变化大，尤其是形成的多硫化锂中间产物，其在正负极之间的穿梭作用，会显著降低锂硫电池的容量与循环稳定性，成为锂硫电池发展中亟待解决的关键问题。
为了解决这些锂硫电池领域中的相关问题，北京大学工学院侯仰龙教授、博士生Sarish Rehman及郭少军研究员通过利用八苯基倍半硅氧烷作为硅源与碳源，发生交联反应，形成网络结构；再经高温碳化过程与NaOH刻蚀处理，制备了可作为锂硫电池正极硫载体的多孔碳球包裹的Si/SiO2复合材料。在该电极材料中，Si和SiO2在碳化处理过程后，可均匀分布在多孔碳球中；并在刻蚀处理后，优化了Si/SiO2的含量，同时形成的微孔和中孔结构，不仅提供了储硫的空间，还可通过物理吸附的方式，吸附生成的多硫化锂；在物理吸附作用的基础上，分布于多孔碳球中正电性的Si/SiO2，与负电性的多硫化物阴离子之间存在强烈的静电相互作用，对多硫化锂的吸附能力得到加强，可进一步提升锂硫电池的循环稳定性。该结构的材料在电化学性能测试中，表现出了优异的性能，具有出色的倍率性能与循环稳定性。在0.1 C与2 C的电流倍率下，该结构锂硫电池的比容量分别为1230 mAh g-1与614 mAh g-1。在2 C的倍率下，循环500次后，电池容量可维持在610 mAh g-1，每圈仅衰减0.063%。该工作不仅设计了多级孔隙结构，并将物理吸附与化学吸附作用相结合，为锂硫电池正极材料的设计提供了一种有效方法，为开发高性能锂硫电池提供思路。
相关结果发表于Advanced Materials （DOI: 10.1002/adma.201506111），并被选为当期卷首插画(Frontispiece)。
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