中國儲能網(wǎng)訊：能源和環(huán)境是當(dāng)今人類面臨的并得到世界各國高度重視的兩大問題，并被列為優(yōu)先發(fā)展的重大科技領(lǐng)域。發(fā)展鋰電池、風(fēng)力和太陽能發(fā)電等清潔能源系統(tǒng)，已成為現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的主流。鋰電池憑借其優(yōu)越的性能及技術(shù)的革新，在儲能領(lǐng)域占據(jù)重要地位，但是電子設(shè)備和電動車的發(fā)展也對鋰電池提出了更高要求。
新興儲能系統(tǒng)——鋰硫電池具有理論能量密度高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，其理論比容量和能量密度分別為1675mA h g-1和2600 Wh/kg，遠(yuǎn)高于當(dāng)前的鋰離子電池，從而迅速成為科學(xué)界和工業(yè)界的研究熱點，在新能源動力電池領(lǐng)域備受國內(nèi)外研究者關(guān)注。
在國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的大力支持下，中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張躍鋼課題組，圍繞納米硫與石墨烯復(fù)合材料的合成及鋰硫電池應(yīng)用領(lǐng)域開展了廣泛研究。研究人員利用聚苯胺改進(jìn)氧化石墨烯納米硫復(fù)合材料，有效減少電極材料的電荷傳輸電阻，抑制多硫化鋰的溶解，提高了復(fù)合材料的放電比容量、庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性（Nano Research，2014,7,1355-1363）。為進(jìn)一步提高復(fù)合硫石墨烯納米材料的導(dǎo)電性，抑制多硫化鋰的穿梭效應(yīng)，課題組成員進(jìn)一步改進(jìn)石墨烯氧化物，利用氨氣對氧化石墨烯進(jìn)行氮化，并將S納米顆粒包裹于氮摻雜石墨烯片層中（S@NG）。以該復(fù)合材料組裝的鋰硫電池在不同倍率下均呈現(xiàn)出較高的比容量和穩(wěn)定性，例如：0.2C時為1167 mA h g-1；0.5C時為1058 mA h g-1；1C時為971 mA h g-1；2C時為802 mA h g-1；5C時為606 mA h g-1。 該電池具有超長循環(huán)壽命，2000次充放電測試得到的每次循環(huán)平均容量衰減率僅為0.028%。該材料優(yōu)異的性能歸功于氮摻雜石墨烯片層中N功能基團對多硫化鋰優(yōu)異的吸附性，和氮參雜石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性，該研究結(jié)果也證實基于S@NG復(fù)合材料的鋰硫電池在便攜式電子、新型動力能源等儲能領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景（Nano Letters，2014, 14, 4821?4827）。此外，課題組成員運用低溫反應(yīng)，減緩化學(xué)反應(yīng)速率，在3D還原氧化石墨烯上負(fù)載均勻的硫膜，并在空氣中干燥使得3D還原氧化石墨烯孔洞收縮，得到致密的S-G復(fù)合材料，增強S與還原氧化石墨烯的粘附，固定納米硫和抑制多硫化物的溶解損失，提高了S石墨烯復(fù)合材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性（Nano Energy，2015，12，468-475）。
在過去一年，張躍鋼課題組在鋰離子電池、超級電容器和光電材料方面也取得了一定進(jìn)展，比如五氧化二釩微米花作為鋰離子電池正極材料研究（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 1103-1109），氧化鈮納米片作為鋰離子電池正極材料研究（Scientific Reports 2015, 5, 8326），碳納米材料高能柔性電容器性能研究（Chem. Mater., 2015, 27, 1194–1200）和多級分叉二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)光催化性能研究（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 4004-4009 ）。
該系列工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院的大力資助，并得到蘇州納米所印刷電子部、測試和加工平臺的支持。
圖1. PANI-(CTAB-GO-S)納米復(fù)合材料的合成機理及其電化學(xué)性能研究（Nano Research，2014,7,1355-1363）
圖2. S@NG作為導(dǎo)電基質(zhì)材料對多硫化物的吸附和組裝的鋰硫電池電化學(xué)性能（Nano Letters，2014, 14, 4821?4827）
圖3. 疏松S-G和致密的S-G復(fù)合材料的形成機理圖和電化學(xué)性能對比（Nano Energy， 2015，12，468-475）
