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纳米多孔碳球的制备及其在锂硫电池中的应用研究的综述报告
随着能源危机与环境问题的日益加重，传统的化石燃料受到了越来越多的限制。因此，可再生能源成为了国际上的研究热点。其中，锂硫电池因其高能量密度、低成本、环境友好等特点，备受推崇。尽管锂硫电池具有很高的理论容量和能量密度，但在实际应用中，其可循环寿命较短，主要原因是硫电极在充放电过程中的极性反转和极化问题。这使得锂硫电池在工程实践中受到了很大的限制。因此，通过在锂硫电池中引入材料学研究，是解决锂硫电池循环寿命短的问题的重要手段之一。
一种被广泛研究的改进锂硫电池的方法是使用纳米多孔碳球作为硫电极的载体。纳米多孔碳球具有高表面积、大孔隙度、优异的导电性能和高化学稳定性等优点，可以为锂硫电池增加更为均匀的硫分散度，防止硫化物的沉淀和极化问题。因此，纳米多孔碳球已成为锂硫电池中最具有应用潜力的硫电极载体材料之一。
制备纳米多孔碳球的方法包括碳化模板法、溶胶-凝胶法、热辅助极向凝固制备法、硫酸葡萄糖分子印迹法和碳中空空心球合成法等。其中，碳化模板法是最为常用和经济实用的方法。该方法利用硫酸纤维素纤维或聚氨酯泡沫作为模板，选择合适数量的预碳化剂，喷涂、热处理和后处理等工艺，最终得到纳米多孔碳球。这种方法可以实现纳米多孔碳球的批量制备，控制碳球的孔径、孔隙度和形态，符合实际应用要求。
纳米多孔碳球在锂硫电池中的应用研究表明，纳米多孔碳球复合硫作为硫极材料具有很好的电化学性能。例如，可实现高比容量、优异的环境适应性、较高的电导率和较长的循环寿命等。其中最高报道的容量约为1600mAh·g-1，而循环寿命可达350次以上。
总之，纳米多孔碳球的制备方法多样，制备成本低廉且易于控制其形态和孔隙结构等特点，使其成为锂硫电池中最有应用潜力的硫极材料载体之一。在锂硫电池的应用中，纳米多孔碳球复合硫表现出了良好的电化学性能，具有较高的容量、较好的稳定性和循环寿命等特点，成为锂硫电池复合材料的研究热点。