鋰硫電池是由硫作為正極材料、金屬鋰片作為負(fù)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(rèn)為是現(xiàn)在最具研究?jī)r(jià)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(wèn)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。

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)錢(qián)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(jià)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(shí)驗(yàn)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0.5 A g-1電流密度下循環(huán)500圈，比容量仍保持在1105 mA h g?1；即使在20 A g-1高電流密度下，比容量達(dá)到617 mA h g?1。通過(guò)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(xiàng)研究工作不僅揭示了硒硫固溶體的穩(wěn)定機(jī)制，而且為后續(xù)研究開(kāi)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(xué)》（Energy Environ. 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(lái)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(hù)，一定程度上避免在加熱過(guò)程中的溫度波動(dòng)，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(bào)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(chǔ)鋰性能：在1 C條件循環(huán)1000圈，容量保持率達(dá)95.7%。在Na-Se電池測(cè)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(diǎn)材料灌注入多孔碳基底材料中，而且該方法簡(jiǎn)單易行，利于擴(kuò)大化生產(chǎn)，有望推動(dòng)Li-Se, Na-Se等相關(guān)電池的進(jìn)一步發(fā)展。相關(guān)結(jié)果近日發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上，并被Wiley旗下的“Materials View China”選為亮點(diǎn)研究報(bào)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(dú)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(xué)性能。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《納米能源》上（Nano energy2015,13, 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(guó)家自然科學(xué)基金的資助。