南开大学柔性锂硫电池电极材料取得重大进展

随着便携式电子设备、电动汽车和空间技术等方面的迅速发展，它们对电池的能量密度、功率密度和柔性等提出了越来越高的要求，在各种储能器件中，锂硫电池具有比传统锂离子电池高出一个数量级的能量密度（2567 Wh kg-1），而且，硫来源广泛，价格低，环境相容性较好，受到人们的广泛关注。

虽然近几年人们在锂硫电池领域已经取得了很大进展，但锂硫电池目前仍面临一系列的问题，包括：活性材料硫的利用率低、循环稳定性差和库伦效率低等。为了解决这些问题，传统方法通常将硫与碳材料复合，然后将硫与碳的复合材料与导电剂混合涂覆到集流体上来作为锂硫电池的电极材料。

但是，集流体、粘结剂的添加会增加电极的重量并影响锂硫电池的电化学性能，另外，传统锂硫电池电极的力学性能相对较差，无法作为柔性锂硫电池的电极材料。近期，南开大学牛志强研究团队结合原位复合和金属还原自组装的方法制备了自支撑柔性石墨烯/硫纳米复合薄膜，复合物薄膜中石墨烯具有连续的网络状结构，硫均匀分散在石墨烯的表面，石墨烯连续的网络状结构不仅为离子和电子传输提供了有效的途径，还可以有效吸附多硫化物并抑制其溶解。

由于复合物薄膜具有高的导电性，因此，它无需集流体，可以直接作为锂硫电池的电极材料，而且复合物薄膜表现出了优异的充放电容量（首圈放电容量：1302 mAh g-1）、循环稳定性及倍率性能。另外，石墨烯/硫纳米复合薄膜独特的结构使其具有优异的力学性能，在不同弯折情况下可以保持电学性能不变，因此，复合物薄膜可以作为柔性锂硫电池的电极材料，基于复合物薄膜，本工作设计了软包和线状两种结构的柔性锂硫电池，两种柔性锂硫电池器件在弯折情况都表现出稳定的电化学性能。

本研究为锂硫电池在柔性和可穿戴电子器件等相关领域的应用起到了积极的推进作用。