锂-硫电池两个电极由锂电极和硫-碳电极构成，在两个电极之间进行锂离子交换，硫材料在这个系统中起重要作用。理想情况下每个硫原子可以接受两个锂离子，由于硫的重量轻，是一种非常理想的储能材料，同时硫本身不导电，因此在充放电过程中电子不易迁移流失。
此项研发成果的关键是，研发人员将硫材料制成了表面积尽可能大的能接受电子的电极材料，同时又将其与导电的基体材料对接。为此，科研人员用碳纳米微粒制成一种多孔结构的支架，这种碳纳米微粒多孔结构具有十分独特的表面性能，其空隙率达到2.32立方厘米/克，比表面积达到2445平方米/克，也即在一小块方糖大小的材料中具有与10个网球场相当的表面积。在孔径只有3-6纳米的孔隙中，硫原子可以非常均匀地分布，因此几乎所有硫原子都有与锂离子接触并将锂离子接受的可能，同时这些硫原子又与具有导电性的碳材料紧密相连，因此分布在这种多孔碳纳米微粒中的硫材料具有了优良的电性能并且非常稳定，其储存电能密度达到1200mAh/克，并且循环充放电性能良好。碳纳米多孔结构还可以有效解决所谓“多硫化物”问题，“多硫化物”是电解过程的中间产物，对电池的充放电过程会产生严重影响，因为碳纳米多孔结构可以吸附这种有害中间产物，待其转化为无害的二锂硫化物后释放。
