浙江大學材料科學與工程學院研究員團隊近期研發出一款基于曲霉菌孢子碳材料的高能量密度鋰硫電池，有望為電動汽車的長續航能力提供新技術。這項成果近日發表于《先進材料》雜志。論文第一作者為該學院博士研究生鐘宇，通訊作者為夏新輝研究員。

“鋰硫電池是一種新型的高能量密度電池，是以硫作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池，其理論容量遠超過目前商用的鋰電池。”夏新輝介紹，這是因為在諸多的電池正極材料中，硫元素以容量密度高、能量足，而被廣為看好為下一代電池材料。然而，單質硫存在的一個致命弊端，就是硫本身絕緣，且反應的中間產物會溶于電解液中穿梭損失。

實驗中，研究團隊利用這種孢子碳特殊的結構，并結合一些特殊的納米造孔技術，制備出了一種全新的霉菌孢子碳/納米磷化鎳復合材料。科研人員首先將霉菌通過發酵培養，然后通過鎳的造孔能力將其結構優化，再經過高溫碳化后，產生霉菌孢子碳/納米磷化鎳復合材料。這個過程就如同珊瑚留下珊瑚礁一般。之后就是與硫元素的融合，在155度的溫度下，讓硫熔融，以熔融態的方式與碳材料混合，攜帶的硫就進入了“房子”。

科研人員發現，這種霉菌孢子及其孢子碳材料具有非常特殊的多孔微納結構，由一種彎曲迷宮狀的次級結構構成，具有較高的比表面積。同時，霉菌孢子所衍生的碳材料，具有氮、磷元素的原位摻雜，對鋰硫電池運行過程中產生的穿梭效應具有顯著抑制作用并提高電池能量密度。

研究結果表明，這種全新的霉菌孢子碳/納米磷化鎳得益于其自身的高孔隙度、高導電性、大比表面積和多儲硫位點，并且能夠對中間產物進行物理/化學的雙重吸附，因此其電池性能得到了極大的改善。

“目前鋰硫電池仍在實驗室階段，研究的主要方向落在如何更加高效地利用導電性較差的單質硫和吸附易溶解的多硫化物中間產物上。”鐘宇說。此項研究得到國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金、錢江人才計劃、浙大百人計劃等項目資助。

來源：浙江大學