锂硫电池由于极高的理论容量（2567 w h kg-1）成为目前锂基电池研究的重点之一。目前，锂硫电池面临的主要问题包括：1）硫正极电导率低（5 × 10-30 S cm-1）导致倍率性能差；2）多硫化锂溶于电解液导致循环稳定性差；3）金属锂负极长循环后产生枝晶引起安全隐患。针对硫正极的问题，主要通过制备碳/硫复合材料的思路来解决，利用碳材料可控的结构、优异的导电能力和化学稳定性来提高硫的导电能力，并限制多硫化物的溶出。而锂负极问题的解决思路包括：电解液添加剂，形成高模量的固态电解质和人工构筑物理保护层等，来抑制金属锂枝晶的生长。
中国科学技术大学季恒星教授课题组近期设计了由sp2杂化碳纳米结构通过共价连接形成的三维导电网络，成功的将碳纳米管阵列通过C-C键接枝在多孔泡沫石墨上。在微观结构上，共价连接消除了纳米结构单元间的界面电阻，sp2杂化碳纳米结构提供了可以长程传输的载流子。在宏观结构上，这种材料具有完整、连续的表观结构，12.4 mg cm-3的密度、250 m2 g-1的比表面积、百微米长的纳米孔道和95 wt%的碳含量，可同时用做锂硫电池正、负极集流体。在正极方面，共价连接的网络使得硫正极在8C倍率循环下获得高达860 mA h g-1的比容量，多级孔结构的存在成功抑制了“穿梭效应”使每圈容量衰减率低至0.063%。在负极方面，三维集流体使电极的有效面积提高，使锂枝晶的成核时间增长了50倍、生长速率降低至1/7，抑制了枝晶生长，提高了电池安全性。相关结果以“Covalently Connected Carbon Nanostructures for Current Collectors in Both the Cathode and Anode of Li-S Batteries”为题发表于《先进材料》杂志(Advanced Materials, 2016, DOI:10.1002/adma.201602704)。论文的第一作者是中国科学技术大学化学与材料科学学院博士研究生金松，论文通信作者是季恒星教授。
上述研究得到了国家自然科学基金、中科院人才计划能源材料化学协同创新中心的大力支持。
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201602704/full。