【资料图】
海南，是新能源汽车的“试验宝地”。针对此，海南大学材料学院副教授可能是最有发言权的人之一。
他表示，一方面新能源动力电池的运行服役，会受到极端低温环境和恶劣天气的影响，这会导致电池性能无法得到有效发挥。然而，海南光温充足、气候温和，这能有效保证电池的稳定运行。
此外，海南岛全岛面积 3.39 万平方公里，从海口到三亚仅有 285 公里，完全在新能源电动汽车的续航里程范围内。
图 | 韦雅庆（来源：）
他继续说道：“开着新能源电动车在海南环岛自驾游已经变得颇受欢迎。因此，作为海南岛的一名科研人员，我们在这里开展新能源车用动力电池的研究也具有重要的现实意义。并且，这类科学研究源于生活需求，最终又服务于日常生活中。”
而就在前不久，和团队成功解决了锂离子电池合金型负极材料面临的两大难题： 首次库伦效率较低、以及体积膨胀导致容量快速衰减的问题。
研究中，受到高熵合金新理念的启发，课题组把高熵效应引入合金型负极材料中，将单一高纯单质拓展至高熵合金体系，有效缓解了上述两个难题。
审稿人也予以较高的评价，其认为：“本工作是锂离子电池合金型负极材料的重要转折点，对合金型负极材料的进一步发展具有重要的里程碑意义。”
（来源：
Advanced Science）
在应用前景上：
首先，该成果可以提升新能源电动汽车的续航能力：作为电动汽车的首选电源，高熵合金负极材料的研发将极大地提高锂离子电池的能量密度，从而进一步提升新能源电动汽车的续航里程。
其次，该成果可以助力新兴产业领域的崛起与发展：其将极大地提高锂离子电池的容量，并能逐渐拓展至电动船舶、电动无人机、电子机器人、军用雷达、航天空间站等高端科技产品，推动高科技新兴产业的快速发展。
最后，该成果还能促进电子消费产品的持久循环使用：它能够极大提高锂离子电池的能量密度，进而用于手机、笔记本电脑、电子手表、数码相机等消费电子产品和电动工具，最终有效提升其待机时长和循环寿命。
（来源：Advanced Science） 为开发大容量、高性能负极材料，提供技术借鉴
如今，随着清洁能源的有效利用和日益增长的能源需求，高能量密度锂离子电池的开发具有重要的现实意义，也是推进电子设备和新能源电动汽车快速发展的主要环节。
传统高熵合金均为过渡金属元素 Co、Cr、Fe、Ni 等，作负极时并无储锂活性，无法贡献出放电容量，因此无法应用于合金型负极。
具体来说：相比于石墨（372mAh/g）而言，以 Si 基（4200mAh/g）为代表的合金型材料具备较大的放电容量和较高的储锂活性，故在锂离子电池中具有良好的应用前景，但其依旧面临如下挑战：
其一，巨大的结构应力应变和体积膨胀效应，会导致容量的快速衰减；
其二，较低的首次库伦效率（ICE<75%）无法满足商业化需求。
尽管采取常规性的碳材料复合策略，可以缓冲体积膨胀、提高循环稳定性，但却是以牺牲电极能量密度为代价，并且无法提高合金型单质的首次库伦效率。就能量密度和可逆性而言，常规性碳材料复合策略不再适用于合金型负极材料。
近几年来，凭借优异的导电性和独特的高熵效应，高熵合金在能源催化和存储领域引起广泛关注，在上述难题的解决上被寄予厚望。
基于此，等人摒弃常规性的碳材料复合策略，通过引入高熵合金的理念，将单组分合金型单质拓展到多元、多活性高熵合金体系。
进一步地，他们利用高熵合金元素间分阶段、多层次、多平台协同配合，避免了单一组分的集中式体积爆发，让其循环稳定性得到有效提升，从而取得了和碳材料复合策略一样出色的实验效果。
此外， 课题组通过高熵合金晶格畸变缓慢扩散的特点、元素组分间分阶段、以及多层次锂化特性缓冲的体积膨胀，让电池循环寿命也得以改善。
最终，通过成分设计和比例调控等手段，该团队开发出一种新型Zn
xGeyC u
zSi
wP
2固溶体合金。
当用作锂电负极时，该系列的 Zn
xGeyCu
zSi
wP
2固溶体合金均表现出较大的放电容量（>1500mAh/g）、较低的电压平台（0.5V）、以及较高的首次库伦效率（ICE>85%）。
其中，等比例固溶的Zn
0.5Ge
0.5Cu
0.5Si
0.5P
2材料具有最大的构型熵，故能发挥出最高的首次库伦效率（ICE=93%）、最小的体积膨胀系数（34.5%）、最快的 Li+ 扩散系数（1.11´10-10）、以及最为优异的快充倍率性能（6.4A/g，551mAh/g），在 LiCoO2//Zn
0.5Ge
0.5Cu
0.5Si
0.5P
2全电池中也得到有效验证。
同时，单质半导体到高熵合金金属导电性的提高，也额外提升了首次库伦效率和倍率性能， 这能推动合金型负极材料的进一步发展，为开发大容量、高性能负极材料，提供重要的理论指导和技术借鉴。
可以说，五元 Zn
xGeyCu
zSi
wP
2高熵合金的研发，证明“合金型负极高熵化”的确能提升合金型负极材料的循环寿命、首次库伦效率和倍率性能的稳定提升。
（来源：Advanced Science） “跨年”发表的论文
而相关论文的发表，也称得上是一个“跨年事件”。由于他们投稿的期刊是国外杂志，因此国内农历春节的假期，可能刚好是国外审稿人的工作日。
就在 2022 年农历大年三十晚上，课题组收到了关于此次论文的审稿意见。
随后他们紧急进行线上会议。表示：“在春节前夕收到审稿意见，确实是一个很大的新春礼物，我们不敢有丝毫懈怠。为了回复好审稿意见，我们立马制定研究方向并分配任务。”
而团队的全力合作也让他至今难忘，他说：“不得不说，团结就是力量：执行动手能力强的小伙伴，趁着春节假期补做实验；文字功底好的学生负责撰写论文文稿；绘画技巧棒的成员负责配色排版。大家有条不紊地完成各自的工作内容，手挽手肩并肩大步向前，感觉没有任何东西能阻挡我们前进的步伐。最终论文投稿也得以如愿接收，从中我深深感受到了团队力量的伟大。”
日前，相关论文以《金属-磷固溶体合金的高熵化策略助力高可逆性锂离子电池》（）为题发在
Advanced Science上（IF17.5）。
图 | 相关论文（来源：Advanced Science）
副教授担任共同一作兼共同通讯，硕士生姚润哲、刘旭豪是共同第一作者，该校的教授和教授担任共同通讯作者 [1]。
受此启发，课题组下一步将以五元Zn
xGeyCu
zSi
wP
2为出发点，进一步引入原子半径相似、电负性相近的Sn、Mg、Al、Sb等元素，将其拓展至六元、七元、八元等多元高熵合金体系。
希望借此可以增加这一系列高熵合金的阳离子无序度和构型熵，以期有效提升其作为锂离子电池负极材料的电化学性能，推动“合金型负极高熵化”体系的进一步发展和实用化。
据了解，今年只有 30 岁，来自于广西南宁。而他从本科至今的脚步，始终活动在中国南方。他是海南大学的本科校友，如今又成为这里的老师。哪怕曾被保送到中部的华中科技大学读博，却也在几年后返回母校工作。
而作为一名长期 base 在海南的科研人员，也有了更多的盼头。他说：“随着‘碳中和’‘碳达峰’政策的提出，以及建设‘海南自由贸易港’这一项国家重大战略规划的整体推进，新能源电动汽车的迅猛发展，在全国市场占据越来越重要的地位和份额，并有望取代燃油车成为新时代交通工具的主流。因此，在海南开展新能源材料与器件、以及车用动力电池的研究，我和团队也将拥有更多的优势。”
参考资料：
1.Wei, Y., Yao, R., Liu, X., Chen, W., Qian, J., Yin, Y., ... & Chen, Y. (2023). Understanding the Configurational Entropy Evolution in Metal‐Phosphorus Solid Solution for Highly Reversible Li‐Ion
Batteries.Advanced Science,10(9), 2300271. 由 DeepTech 携手《麻省理工科技评论》重磅推出的《科技之巅：全球突破性技术创新与未来趋势（20 周年珍藏版）》已开售！点击下方海报可购买图书！！
