一、海南【导读】

锂离子电池（LIBs）具备环保、大学的高高能量转换功能以及非影像效应等短处，经由已经被普遍运用于电动汽车以及混合能源汽车市场。先进可是熵质，受限于石墨负极较低的料突实际容量(372 mAh/g)，之后LIBs的破传能量密度较低(<500 Wh/kg)，无奈患上到进一步提升。统意比照于传统石墨负极，约束新兴的质料合金型负极质料因其多电子储锂反映展现出较大的放电容量，成为LIBs新一代负极质料。海南现如今，大学的高搜罗Si、经由Ge、先进Sn、熵质P、Sb、Bi在内的种种合金型负极质料已经被普遍钻研，并在很大水平上增长了容量输入，但上述单质在锂化历程中会蒙受较大的体积缩短，导致严正的颗粒破碎捣毁以及快捷的容量衰减。

近些年来，高熵质料（HEM）作为一个新兴意见因其优异的导电性以及配合的高熵效应，在催化、热电、超离子导电以及储能等规模受到普遍关注。艰深来说，HEM是一类新型的单相固溶体质料，代表一种结晶成新单相的多元素零星，晃动在固溶体形态。经由公平妄想元素组分，成份的锐敏性使HEM可能开拓出一系列具备目的需要的先进质料，这是惟独一种或者多少种主导元素的传统合金质料所无奈取患上的。高熵理念以及高熵效应假如被乐成引入电池电极质料，将会增长多种功能的同时优化，有望处置合金型负极质料所面临的难题，将单组分合金型单质拓展至少元多活性高熵质料，经由其配合的高熵效应，分阶段、多条理地锂化反映缓冲合金型质料的体积缩短，防止组成繁多的主导锂化产物，同时单质半导体到高熵质料金属导电性的后退也有助于后退电池的电化学功能。可是，当运用于负极电极时，所有报道的HEM都是由过渡金属成份（Fe, Ni, Cr等）组成，不具备储锂活性，无奈用于锂的存储为LIBs提供容量。到当初为止，合金型负极HEM由于其过渡金属成份以及锂活性失效而很少被报道。

二、【下场掠影】

在此，海南大学质料迷信与工程学院韦雅庆副教授、李德教授、佛山大学质料迷信与氢能学院陈永教授团队受高熵意见的开辟，引入了Li活性元素而不是过渡金属元始终分解高熵质料。他们乐因素化了一种新的Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶体，并验证其属于典型的立方晶系，F-43m，216号空间群。更特意地，这种Zn_xGe_yCu_zSiwP₂具备从9911到4466的宽规模可调谐地域，其中Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂具备最高的构型熵。当用作负极时Zn_xGe_yCu_zSiwP₂提供了大容量（>1500 mAh g⁻¹）以及适宜的储能平台（≈0.5 V），突破了HEM由于其过渡金属成份而无奈作为合金化负极的传统意见。其中，Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂由于其最大的构型熵而展现出最高的初始库仑功能（ICE）（93%）、Li⁺散漫率（1.11×10⁻¹⁰）、最低的体积缩短率（34.5%）以及最佳的倍率功能（在6400 mA g⁻¹下为551 mAh g⁻¹），在LiCoO₂//Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂全电池中也患上到实用验证。上述功能的提升患上益于高熵合金各组分间详尽分割，分阶段、多条理、多平台妨碍协同配合，防止了繁多组分的会集式体积爆发，同时，单质半导体到高熵合金金属导电性的后退也有助于提升初次库伦功能以及可逆性。相关原位电化学机理钻研表明，高熵晃动可能很好地顺应体积变更以及快捷电子传输，从而反对于优异的可循环性以及倍率功能。合金型负极高熵化的试验策略对于低老本、大容量、高功能负极质料的开拓具备紧张的借鉴意思，为开拓用于先进储能的其余高熵质料开拓新的道路。

相关钻研下场以“Understanding the Configurational Entropy Evolution inMetal-Phosphorus Solid Solution for Highly Reversible Li-Ion Batteries”为题宣告在国内驰名期刊Advanced Science上。

三、【中间立异点】

一、该钻研乐因素化了一种新型的Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂高熵固溶体合金作为意见验证，优异的功能突破了HEM由于其过渡金属成份而无奈运用于合金化负极的传统意见。

二、相关电化学机理钻研表明，高熵晃动可能很好地顺应体积变更以及快捷电子传输，从而反对于优异的可循环性以及倍率功能。

四、【数据概览】

图1 高熵质料（HEM）分解根基抉择的公平妄想；© 2023 The Authors.

图2Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂系列固溶体的分解。差距比例的X射线衍射（XRD）图谱（a），用于Rietveld妄想合成的粉末XRD图谱（b），晶胞参数的晶体妄想以及Rietvel德详尽化（c），Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂相似物的透射电子显微镜（TEM）图像以及元素图谱（d）；© 2023 The Authors.

图3Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的构型熵表征。Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶体的熵值合计（a）、拉曼散射（b）、P-NMR（核磁共振）光谱（c）以及X射线光电子能谱（XPS）P 2p扩散的比力；© 2023 The Authors.

图4 Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶体的电化学表征。Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂系列电极的放电/充电曲线（a）、初始库仑功能（ICE）（b）、倍率能耐（c）以及在低以及高电流密度（d，e）下的循环晃动性。（f）Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的电化学功能与已经宣告的使命的比力；© 2023 The Authors.

图5Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的体积缩短特色。循环前以及10次循环后的形态学扫描电子显微镜（SEM）图像以及横截面审核（a–d）；Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂系列电极的体积缩短系数（e）、电化学阻抗谱（EIS）丈量（f）以及Li⁺散漫速率（g）的比力；© 2023 The Authors.

图6 Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的电化学机理钻研。高熵质料5555（HEM-5555）电极的原位X射线衍射（XRD）丈量（a，b）以及响应的反映机理（c）。HEM、LiCoO₂半电池（d）以及组装的LiCoO₂//HEM全电池（e）的放电/充电曲线；© 2023 The Authors.

五、【下场开辟】

总之，为了保障具备Li活性的HEM并将高构型熵引入合金型负极，运用Li活性的Si、Ge、P等元始终取代非活性的过渡金属成份，对于传统的HEM妨碍了很好的重新妄想。该钻研乐因素化了一种具备储Li活性的新型Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶体，患上益于公平的想象合计，分解的Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂为LIBs提供了大容量（>1500 mAh g⁻¹）、适宜的平台（≈0.5 V）以及高可逆性，突破了高熵质料由于其过渡金属成份而无奈储能的传统意见。这一对于Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂妄想以及分解的新发现极大地缓解了该行业对于繁多关键金属源的依赖，并为快捷充电LIBs的合金负极家族注入了别致血液。在金属磷固溶体中实现高构型熵可能为质料妄想以及电化学优化开拓一条通向先进储能的道路。

原文概况：Understanding the Configurational Entropy Evolution in Metal-Phosphorus Solid Solution for Highly ReversibleLi-Ion Batteries，2023，https://doi.org/10.1002/advs.202300271）

本文由LWB供稿。