高熵材料：福州大学科学家揭示持久高效电池的新未来

来自 实验室仪器网

福州大学的科学家表示，高熵材料可能是更持久、更高效的电池的前进方向，这些电池能够从极端极端到航空航天条件都能可靠运行。

新的评论概述了这些材料如何提高稳定性、延长循环寿命并提高锂、钠、钾和宽温电池系统的性能。该报告发表在《纳米微快报》上，重点介绍了高熵材料（HEM）如何帮助克服储能领域一些最紧迫的挑战。

随着全球能源需求的增加和化石燃料供应的减少，下一代电池必须提供更高的能量密度、延长的循环寿命和对极端温度的耐受性。

该研究提出了一个战略框架，用于熵驱动电池设计，涵盖合金、氧化物和MXene。HEM的构型熵稳定了结构并释放了新的电化学特性。这些特性可以带来一些关键优势。

第一，结构稳定性。高熵抑制相分离、晶格畸变和过渡金属的溶解。通过防止结构退化，电池寿命可以延长到5,000次以上。多元素协同作用，或“鸡尾酒效应”是另一个主要好处。这种协同作用可以微调氧化还原电位、离子电导率和催化活性，而无需依赖昂贵的贵金属。

高熵的另一个重要因素是宽温弹性。通过熵稳定，可以在-50°C至80°C之间保持超过90%的电池容量，这在极端气候下特别有用，例如极地科学或航空航天。

高熵材料可分为三大类：高熵合金（HEA）、高熵氧化物（HEO）和高熵MXenes。每个都呈现出独特的电子和离子途径。这些材料通常是通过以等摩尔或近等摩尔比混合五种或更多主元素而形成的，从而实现有利于单相固溶体的构型熵。

该综述评估了各种合成，包括碳热冲击和液态金属还原，这些合成在400°C以下产生纳米颗粒、纳米片和3D打印电极。

这种HEM具有广泛的应用潜力。例如，在锂离子电池中，无钴HEO尖晶石的容量为1,645mAhg−1电流速率为0.2Ag−1，并保留596mAhg−1在锂离子电池中循环1,200次后。

综述作者表示，在电池行业中，要将HEM从实验室规模的材料推进到工业超级工厂生产，需要可扩展的低温合成方法、原位表征技术和开放数据平台。

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