近日，物理电子工程学院罗永松教授团队在国际材料领域权威期刊《Advanced Functional Materials》（IF=13.325）发表题为“In situ Formation of Copper-based Hosts Embedded within 3D N-doped Hierarchically Porous Carbon Networks for Ultra-long Cycle Lithium-Sulfur Batteries”的研究论文，该研究首次成功制备了铜基氮掺杂的三维多孔石墨化碳网络结构，并研究了其在储能领域的应用。
锂硫电池具有高的比容量（1675 mAh/g）和理论能量密度（2600 Wh/kg），且拥有安全、低成本、无污染等优点，被认为是新一代高效储能系统。然而，锂硫电池存在一系列固有问题：硫和放电产物(Li2S/Li2S2)的导电性较低，长链聚硫化物(Li2Sn，4≤n≤8)的溶解所造成的穿梭效应，以及充放电过程中硫的体积膨胀等限制着锂硫电池的实际应用。目前，非极性碳材料被广泛的应用于锂硫电池正极。多孔相互交联结构的碳网络可以通过物理吸附聚硫化物，并且碳的高石墨化程度可以促进电荷的迁移。实验证明中间放电产物易于溶解到电解液中，长链聚硫化物向短链Li2S2/Li2S转化缓慢将影响锂硫电池的性能。根据锂硫电池的工作机理，选择对聚硫化物具有化学吸附和催化转化功能的硫载体，是实现高容量、长循环寿命的锂硫电池的关键。罗永松教授课题组设计制备了铜基氮掺杂的三维多孔石墨化碳网络结构。当其应用于锂硫电池方面时，表现出了优异的电化学储能性能。最后，作者也通过机理分析发现，作为锂硫电池的硫基质材料，该掺杂网络对聚硫化物具有高效的催化作用，并使电池表现出快速氧化还原反应的特性。
该研究工作由信阳师范学院联合中科院国家纳米中心何军研究员课题组合作完成。我校罗永松教授和国家纳米中心何军研究员为共同通讯。我校青年教师陆阳和研究生于秋红、罗荣杰为共同第一作者。信阳师范学院为论文第一作者单位及通讯单位。该研究受到河南省微电能源重点实验室、国家自然科学基金委及南湖青年学者奖励计划等项目资助。
