鋰硫電池是由硫作為正極材料、金屬鋰片作為負極的二次電池，其理論比容量和電池理論比能量較高，分別為1672mAh·g-1和2600Wh·kg-1，被認為是現(xiàn)在最具研究價值和應(yīng)用前景的高能量鋰二次電池體系之一。然而，目前鋰硫電池仍存在著很多需要解決的問題，如循環(huán)壽命低、活性物質(zhì)利用率低、硫正極材料及其放電產(chǎn)物導(dǎo)電性差等。

中國科學技術(shù)大學錢逸泰、朱永春課題組發(fā)展了一種新型的鋰硫電池正極材料——硒硫固溶體。研究人員從價格低廉的商業(yè)硫粉、硒粉出發(fā)，基于兩者的二元相圖，將其與實驗組前期制備的多孔碳復(fù)合，得到比例不同的富硫S1-xSex/C(x≈0.1,0.08,0.06,0.05)復(fù)合物。研究表明，所制備的S1-xSex/C復(fù)合材料在碳酸酯電解液中仍表現(xiàn)出優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能：在0.5Ag-1電流密度下循環(huán)500圈，比容量仍保持在1105mAhg?1；即使在20Ag-1高電流密度下，比容量達到617mAhg?1。通過液相拉曼以及X-射線光電子能譜發(fā)現(xiàn)，S1-xSex/C復(fù)合材料在循環(huán)前后都存在有穩(wěn)定的硒-硫鍵。此項研究工作不僅揭示了硒硫固溶體的穩(wěn)定機制，而且為后續(xù)研究開拓其他新型鋰硫電池正極材料奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究論文發(fā)表在《能源環(huán)境科學》（EnergyEnviron.Sci.,2015,DOI:10.1039/C5EE01470K）上，并被選為該雜志2015年第11期的內(nèi)插圖。該論文主要完成人為該課題組的博士后李曉娜及梁劍文。

另一方面，與硫同族的硒正極材料近年來也備受關(guān)注。該課題組發(fā)展了一種新的鹽焗法將硒灌入到多孔碳中，避免了惰性氣體或者真空氣氛保護，一定程度上避免在加熱過程中的溫度波動，利于將熔融的硒灌入到多孔碳中，使Se/C復(fù)合材料中活性Se的比例從以往報道的36–54%提高到72%。所制備的Se/C復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鋰性能：在1C條件循環(huán)1000圈，容量保持率達95.7%。在Na-Se電池測試中，Se/C復(fù)合材料仍表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。該課題組提出的鹽焗法，不但可以作為一種普適方法將其他低熔點材料灌注入多孔碳基底材料中，而且該方法簡單易行，利于擴大化生產(chǎn)，有望推動Li-Se,Na-Se等相關(guān)電池的進一步發(fā)展。相關(guān)結(jié)果近日發(fā)表在《先進功能材料》上，并被Wiley旗下的“MaterialsViewChina”選為亮點研究報道。論文第一作者為該課題組的博士后李曉娜。

此外，該課題組也發(fā)展了冰浴法制備性能優(yōu)異的石墨烯包覆的硒/聚苯胺核殼結(jié)構(gòu)納米線，首次打破了以往多把Se熔融灌入多孔碳中的思想，結(jié)合了石墨烯的高導(dǎo)電性、獨特的導(dǎo)電聚苯胺殼層以及硒納米線一維結(jié)構(gòu)三者的共同作用，使得該復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的電化學性能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《納米能源》上（Nanoenergy2015,13,592–600），論文第一作者為該課題組博士張晶晶。

上述工作得到了國家自然科學基金的資助。