随着便携式设备、电动汽车等领域的快速发展,对储能设备的能量及功率密度提出了更高的要求。锂二次电池被认为是最具潜力的储能设备之一,分为锂离子电池、锂硫电池、锂空电池等。目前,锂离子电池常用的负极材料为碳电极,但其能量密度较低,无法适用于大容量大功率的电子设备。为了提高其能量密度,关键在于开发新型电极材料。Fe₂O₃具有理论比容量高、环境友好等优点,并且其形貌和结构易于控制,是理想的锂离子电池负极材料之一。但其导电性较低且易粉化,这极大地限制了它的应用。为了改善这一问题,我们选择将其与导电性优异的碳布基底进行复合,并对材料结构进行纳米化,以提高材料的导电性和结构稳定性,同时,增大电极与电解液的有效接触。我们通过电化学沉积法将α-Fe₂O₃直接生长在高导电性碳布的基底上,金属氧化物与碳纤维间具有强结合力,这不仅减小传输电阻,还使材料拥有较好的结构稳定性。具有介孔的α-Fe₂O₃纳米片则可加快电子、离子的传输速率,使复合材料具有优异的电化学性能。通过调控沉积时间得到不同的样品,对比后可知,沉积时间为4 h的复合材料电化学性能最佳。在0.1 Ag-1电流密度下其比容量为2870mAhg-1,循环60圈保持率为85%,当电流密度增大至10Ag-1时,比容量可达567 mAh g-1,恢复至0.1 Ag-1时,比容量可达初始循环时的92%。虽然锂离子电池在生活中已得到广泛的应用,但其较低的理论比能量,很难满足电动车等核心市场的需求。锂硫电池具有高的理论比容量和功率密度,是极具发展潜力的新型高能化学电源之一。并且,硫具有储量丰富、环境友好、成本低廉等优点。但其存在硫正极导电性差,过程中会产生“穿梭效应”以及体积膨胀等问题,严重地制约了它的使用。为改善锂硫电池中硫正极材料导电性差、中间产物易溶解于电解液等问题,我们选择使用碳材料对硫正极进行改性。利用硬模板法合成具有中空管道结构的多孔碳CMK-5,并通过熔融法将其与单质硫复合,然后使用水热法在碳硫化合物表面包覆还原氧化石墨烯。CMK-5丰富的孔道结构使其具有较高的比表面积和孔体积,这有利于硫的储存和电子、离子的传输。同时,CMK-5和rGO可以改善材料的导电性和抑制聚硫化物引起的“穿梭效应”,提高电极材料的比容量和循环性能。当载硫量为70%时,复合材料具有最优的电化学性能,在0.1 C时放电比容量为1304.9 mAh g-1,循环50圈后比容量591.7 mAh g-1。经还原氧化石墨烯包覆后的电极材料在0.5 C时放电比容量为1169.3 mAh g-1,循环50圈后为608.5 mAh g-1,证明rGO可以有效改善材料的电化学性能。