鋰-硫電池兩個電極由鋰電極和硫-碳電極構(gòu)成，在兩個電極之間進(jìn)行鋰離子交換，硫材料在這個系統(tǒng)中起重要作用。理想情況下每個硫原子可以接受兩個鋰離子，由于硫的重量輕，是一種非常理想的儲能材料，同時硫本身不導(dǎo)電，因此在充放電過程中電子不易遷移流失。
此項研發(fā)成果的關(guān)鍵是，研發(fā)人員將硫材料制成了表面積盡可能大的能接受電子的電極材料，同時又將其與導(dǎo)電的基體材料對接。為此，科研人員用碳納米微粒制成一種多孔結(jié)構(gòu)的支架，這種碳納米微粒多孔結(jié)構(gòu)具有十分獨(dú)特的表面性能，其空隙率達(dá)到2.32立方厘米/克，比表面積達(dá)到2445平方米/克，也即在一小塊方糖大小的材料中具有與10個網(wǎng)球場相當(dāng)?shù)谋砻娣e。在孔徑只有3-6納米的孔隙中，硫原子可以非常均勻地分布，因此幾乎所有硫原子都有與鋰離子接觸并將鋰離子接受的可能，同時這些硫原子又與具有導(dǎo)電性的碳材料緊密相連，因此分布在這種多孔碳納米微粒中的硫材料具有了優(yōu)良的電性能并且非常穩(wěn)定，其儲存電能密度達(dá)到1200mAh/克，并且循環(huán)充放電性能良好。碳納米多孔結(jié)構(gòu)還可以有效解決所謂“多硫化物”問題，“多硫化物”是電解過程的中間產(chǎn)物，對電池的充放電過程會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因為碳納米多孔結(jié)構(gòu)可以吸附這種有害中間產(chǎn)物，待其轉(zhuǎn)化為無害的二鋰硫化物后釋放。
