分會(huì)

第三十九分會(huì)：先進(jìn)化學(xué)電源

摘要

高熵合金(HEA)由于其獨(dú)特的高熵效應(yīng)在傳統(tǒng)合金、能源轉(zhuǎn)換以及能源儲(chǔ)存材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。而在鋰離子電池電極材料中，多為無(wú)儲(chǔ)鋰活性的過(guò)渡金屬及其氧化物，無(wú)法實(shí)現(xiàn)構(gòu)建高能量密度電池體系的目標(biāo)。鑒于此，本實(shí)驗(yàn)結(jié)合負(fù)極材料的特點(diǎn)，依據(jù)高導(dǎo)電性和高儲(chǔ)鋰活性?xún)身?xiàng)原則篩選元素，合成出一種原子無(wú)序的Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P高熵合金。其中具有高儲(chǔ)鋰活性的Si、Ge、Sn、P等元素可貢獻(xiàn)巨大的容量，具有高導(dǎo)電性的Fe、Cu等元素為快速的電子傳輸提供條件，用于鋰電負(fù)極時(shí)，Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P展現(xiàn)了超高的可逆性(ICE=91%)、大的放電容量(1448 mAh g-1)和安全的電壓平臺(tái)(~0.5 V)。此外，將高熵合金顆粒封裝在碳基質(zhì)中，形成了一種類(lèi)似火龍果結(jié)構(gòu)，其中碳基質(zhì)即可作為導(dǎo)電劑提高電子電導(dǎo)率，還可作為緩沖物減輕鋰化后的合金材料體積膨脹帶來(lái)的容量快速衰減的現(xiàn)象。得益于上述的合理合計(jì)，Ge-Sn-Sb-Si-Fe-Cu-P復(fù)合材料表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性(＞1600 h)和出色的倍率性能(787 mAh g-1和63%, 2000 mA g-1)。本實(shí)驗(yàn)成功驗(yàn)證了高熵合金在負(fù)極材料應(yīng)用的可能性，可通過(guò)元素篩選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及形貌調(diào)控等手段構(gòu)建出應(yīng)用場(chǎng)景廣、性能優(yōu)異的高熵材料，實(shí)現(xiàn)性能的可調(diào)控性。

關(guān)鍵詞

高熵合金；負(fù)極材料；首次庫(kù)倫效率；鋰離子電池

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