隨著個人便攜式電子設備、電動汽車以及可再生能源的飛速發展，具有高能量密度和高功率密度的電化學儲能係統正受到高度的關注。碳材料以其優異的導電性、化學穩定性、機械強度以及豐富的孔結構成為構建高性能電極材料的重要組成部分，支撐著電化學儲能元件如鋰電池、超級電容器等的儲能特性。例如，鋰硫電池由於其遠超傳統的鋰離子電池接近四倍的、高達2600 Wh L -1的理論能量密度，近年來正成為儲能研究的熱點。然而其實際應用仍然受限於較低的活性材料利用率、較低的效率、不理想的倍率性能和較差的循環壽命。
這些問題主要來源於正極材料硫及其放電產物的高度電子/離子絕緣性以及多步電化學反應中具有高度溶解性的多硫化物中間產物。具有優異性能和合理納米結構的碳材料是解決這些問題的優良途徑。在碳材料家族中，具有sp 2雜化掌控的納米碳材料如碳納米管、石墨烯等由於其優良的石墨結構、低的結構缺陷而具有優異的導電性和機械強度，是構建複合電極材料的優良候選。但其往往受限於納米碳由於相互堆疊造成的低比表面積和孔結構。而以活性炭、介孔碳為代表的另一類碳材料則具有很高的比表面積和豐富可調的孔結構，在早期的鋰硫電池研究中起到了先鋒作用，但卻由於其較多的結構缺陷而具有較差的導電能力，因此限制了鋰硫電池的倍率性能。鑑於上述兩種典型的碳材料均不能單獨滿足鋰硫電池正極材料發展的需要，兼具高導電性和豐富孔結構的新型碳材料需要得到進一步的研究。
近期，清華大學張強、魏飛團隊通過原位的化學氣相沉積、碳熱解以及化學活化的方法得到了一種碳納米管/石墨烯/多孔碳的新型碳納米雜化結構，其三維交聯的碳納米管/石墨烯網絡提供了超過商用導電炭黑、活性炭幾十倍的電子導率，而表面原位沉積的多孔碳層提供了高的比表面積和豐富的微孔/介孔結構，以用於儲存納米尺度的硫分子團簇並且提供互聯通的離子通道。同時其多級孔結構在一定程度上也延緩了多硫化物向電解液主體中的溶解於擴散。因此基於這種新型碳納米結構的鋰硫電池在高達16.7 A g -1的電流密度下獲得了超過800 mAh g -1的電化學容量，這意味著在六分鐘內完成一次充放電循環，釋放出超過傳統鋰離子電極材料兩到三倍的能量。
該工作表明，兼具高導電性和豐富孔結構的先進碳材料在電化學儲能器件的研究中仍然具有重要的地位。這種新型的雜化納米碳還具有在超級電容器、金屬-空氣電池盒鈉離子電池/電容中發揮重要作用的潛力。
資料來源:http://www.materialsviewschina.com/2014/05/za-hua-na-mi-tan-yong-yu-gao-xing-neng-li-liu-dian-chi/
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