新型多功能碳载体的设计与开发是当前高性能锂硫电池正极研究的热点方向。近年来，聚合物衍生的多功能碳载体材料受到了广泛关注。以聚合物为前驱体制备多功能碳材料的策略，具有前驱体来源广泛、所得碳材料结构和性能可调以及易于大规模生产等诸多优点，已在锂硫电池正极材料中得到了广泛的研究。

近日，广东省科学院化工研究所庞浩研究员团队以聚酰亚胺（PI）为前驱体，采用简单的原位聚合-碳化法，在商业化的碳布表面生成了N、O共掺杂的多孔碳纳米片，制备得到具有优异吸附-催化活性、电子/离子传输性能和柔韧性能的多功能碳载体材料（NOCC），进一步负载硫单质，得到电化学性能优异的自支撑硫正极NOCC@S（图1）。

图1 柔性自支撑的NOCC@S锂硫电池正极的制备过程示意图

实验与理论计算结果证明，NOCC一方面具有均匀分布的吸附和催化活性位点，能有效锚定多硫化锂并催化其快速转化；另一方面，NOCC还具有极高的电子电导率和离子电导率。因此，NOCC@S正极能够实现快速的硫氧化还原反应动力学过程，且多硫化锂的“穿梭效应”问题能得到有效抑制，最终大幅提升了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。结果显示（图2），NOCC@S正极倍率性能达到5 C（∼538 mAh g-1）；在0.2 C电流密度下首次放电比容量高达1661 mAh g-1（接近硫的理论放电比容量1665 mAh g-1）；在1 C电流密度下循环300次后，容量保持率高达82%以上，在2 C高电流密度下循环700次后，其放电比容量仍可达485 mAh g-1。上述研究为高性能锂硫电池正极材料的设计开发提供了新策略。

图2 柔性自支撑的NOCC@S锂硫电池正极的充放电性能

相关研究成果发表于储能领域国际权威期刊Journal of Power Sources，化工所与华南师范大学联合培养研究生洪烙标及化工所吴炼副研究员为论文的共同第一作者，化工所庞浩研究员和华南师范大学石光教授、王玉海副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项基金、广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室开放基金及广东省重点领域研发计划项目的资助。

论文信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775325002824

供稿：电子信息材料研究部/吴炼

初步审稿：刘婉玉

校稿：李晓芝

审定发布：王飞