锂-电池单质硒，因其在电化学反应过程中的两电子反应机制和高的密度，具有很高的理论体积比容量，适应目前对电池体积限制严格的移动设备和混合动力汽车的发展需求。此外，相比多数正极材料，硒作为半导体电导率较高，因此电化学活性好，利用率可接近100%，且能够实现快速的充放电过程。硒作为正极、金属锂作为正极组成的新型锂-硒电池，有着体积小、容量高、寿命长、效率高等优点。尽管如此，目前对于锂-硒电池的研究非常不足，对硒在充放电过程中的反应机理认识也不够深入。
本课题组研究人员在开发高性能硒正极用于锂-硒电池，研究硒的电化学反应过程中的演变机制方面取得重要进展。相关研究结果已申请专利，并被Angewandte Chemie接受发表。
我们借用简单的熔融-扩散的方法，将硒负载在孔径分布为3-4 nm的介孔碳内，并采用一种水溶性的粘结剂将其制成电极后，硒正极表现出稳定的单平台的电化学反应。借助半原位的拉曼分析等手段，我们们观察到了电化学反应过程中，硒在介孔碳孔道中从环状Se8分子经过一次充放电过程后演变为链状Sex分子（图1）。由于链状分子具有更好的电化学活性，而且链状硒与碳基底有更强的相互作用，因此该硒正极拥有优异的循环稳定性、电化学活性和倍率性能（图2）。由于具有高的比能量，优异的稳定性能，良好的导电性，这种由限域硒分子组装的新型锂-硒电池及其特殊反应机制的发现，对于开发新型高比能储能器件具有重要意义。
图1 限制在介孔碳CMK-3中的硒分子嵌/脱锂过程示意图。
图2 （a）Se/CMK-3的0.1 C下恒流充放电曲线（SA粘结剂）；（b）分别以SA与PVDF为粘结剂的Se/CMK-3电极的循环性能和库仑效率；(c) Se/CMK-3在不同倍率下的可逆容量及1C倍率下的长循环性能。
