电话、笔记本电脑等电子花费品如何更轻更薄，电动车子如何在局限的车体体积内具有更长续航路程的电量……随着大家对储能要求的日趋昌盛，对两次电池的功能也提议了越来越高的请求。纳米技艺可行使电池“更轻”、“更快”，但源于纳米资料较轻的密度，“更小”成为横亘在储能范畴科研事业者眼前的一道困难。

国度杰出青年科学基金得到者、天津大学化工学院杨全红教授探讨团队提议“硫模板法”，经过对高空间能量密度锂离子电池负极资料的设置，终归达成石墨烯对活性颗粒包含的“量体裁衣”，使锂离子电池变得“更小”成为可能。该效果1月26日在线发表在《Nature Co毫米unications》(2018, 9, 402)上。

作为当下运用最广大的两次电池，锂离子电池具备很高的能量密度。锡、硅等非碳资料有望取代日前营运石墨作为新一代负极资料，大幅提升锂离子电池的品质能量密度(Wh 千克-1)，但其庞大的空间膨胀惨重节制了其空间功能优势的发挥。碳纳米资料建立的碳笼构造被以为是解决非碳负极资料嵌锂时庞大空间膨胀难题的最重要的伎俩;但在碳缓冲网站的建立进程中，常在导入过多的预留体积，导致电极资料的密度大幅下降，节制了锂离子电池负极空间功能的发挥。因而对碳笼构造的精准定制，不但是要紧的学术困难，也是新款高功能负极资料资产化的必由之路。

杨全红教授探讨团队结合清华大学、国度纳米中心和日本国立资料探讨所的合作者在高空间能量密度锂离子电池负极资料设置方面取得突破，鉴于石墨烯界面装配，发明了对致密多孔碳笼精准定制的硫模板技艺。它们在采纳毛细蒸发技艺建立致密石墨烯网站的进程中，导入硫作为一个可流动的空间模板，为非碳活性颗粒达成了石墨烯碳外衣的定制。经过调制硫模板运用量，可行精准调控三维石墨烯碳笼构造，实现对非碳活性颗粒尺寸“合身”的包覆，从而在有用缓冲非碳活性颗粒嵌锂庞大空间膨胀的根基上，作为锂离子电池负极体现出优异的空间功能。

图 硫模板法精准设置石墨烯碳笼构造

硫模板法的提议，是在三维石墨烯致密网站中，巧妙应用硫如同“形状改变金刚”一样的流动性、没有定形，以及易去除等特色，在碳笼构造里面实现对非碳活性颗粒如二氧化锡纳米颗粒的紧密包覆。与惯例的“形状”模板比较，硫模板的第一大优势便是能发挥可塑型的空间模板效用，使紧致的石墨烯笼构造能够提供适形且大小精准可控的预留体积，终归达成针对活性二氧化锡的“量体裁衣”。这类具备适合预留体积且维持高密度的碳-非碳复合电极资料能奉献出极高的空间比容量，从而大幅度提升锂离子电池的空间能量密度，使锂离子电池变得更小。这类 “量体裁衣”的设置思想可行拓展为普适化的下一代高能锂离子电池和锂硫电池、锂空气电池等电极资料的建立战略。

杨全红教授探讨团队近年来在重申器件空间功能的致密储能范畴取得了一系列要紧进展，发明了石墨烯凝胶的毛细蒸发致密化战略，解决了碳资料高密度和孔隙率“鱼和熊掌不可兼得”的阻碍难题，获得高密度的多孔碳资料;追求储能器件的小空间、高容量，从战略、方法、资料、电极、器件等五个方面提议了高空间能量密度储能器件的设置准则，终归从超等电容器、钠离子电容器、锂硫电池、锂空气电池到锂离子电池实现了高空间容量储能资料、电极、器件的建立，为碳纳米资料的实用化奠定了根基，有力推行了鉴于碳纳米资料新款电化学储能器件的实用化流程。