中國(guó)粉體網(wǎng)訊  海南，是新能源汽車(chē)的“試驗(yàn)寶地”。針對(duì)此，海南大學(xué)材料學(xué)院韋雅慶副教授可能是最有發(fā)言權(quán)的人之一。

他表示，一方面新能源動(dòng)力電池的運(yùn)行服役，會(huì)受到極端低溫環(huán)境和惡劣天氣的影響，這會(huì)導(dǎo)致電池性能無(wú)法得到有效發(fā)揮。然而，海南光溫充足、氣候溫和，這能有效保證電池的穩(wěn)定運(yùn)行。

此外，海南島全島面積3.39萬(wàn)平方公里，從�？诘饺齺唭H有285公里，完全在新能源電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程范圍內(nèi)。

他繼續(xù)說(shuō)道：“開(kāi)著新能源電動(dòng)車(chē)在海南環(huán)島自駕游已經(jīng)變得頗受歡迎。因此，作為海南島的一名科研人員，我們?cè)谶@里開(kāi)展新能源車(chē)用動(dòng)力電池的研究也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。并且，這類(lèi)科學(xué)研究源于生活需求，最終又服務(wù)于日常生活中�！�

而就在前不久，韋雅慶和團(tuán)隊(duì)成功解決了鋰離子電池合金型負(fù)極材料面臨的兩大難題：首次庫(kù)倫效率較低、以及體積膨脹導(dǎo)致容量快速衰減的問(wèn)題。

研究中，受到高熵合金新理念的啟發(fā)，課題組把高熵效應(yīng)引入合金型負(fù)極材料中，將單一高純單質(zhì)拓展至高熵合金體系，有效緩解了上述兩個(gè)難題。

審稿人也予以較高的評(píng)價(jià)，其認(rèn)為：“本工作是鋰離子電池合金型負(fù)極材料的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)合金型負(fù)極材料的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的里程碑意義�！�

（來(lái)源：AdvancedScience）

在應(yīng)用前景上：

首先，該成果可以提升新能源電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力：作為電動(dòng)汽車(chē)的首選電源，高熵合金負(fù)極材料的研發(fā)將極大地提高鋰離子電池的能量密度，從而進(jìn)一步提升新能源電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。

其次，該成果可以助力新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的崛起與發(fā)展：其將極大地提高鋰離子電池的容量，并能逐漸拓展至電動(dòng)船舶、電動(dòng)無(wú)人機(jī)、電子機(jī)器人、軍用雷達(dá)、航天空間站等高端科技產(chǎn)品，推動(dòng)高科技新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

最后，該成果還能促進(jìn)電子消費(fèi)產(chǎn)品的持久循環(huán)使用：它能夠極大提高鋰離子電池的能量密度，進(jìn)而用于手機(jī)、筆記本電腦、電子手表、數(shù)碼相機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)工具，最終有效提升其待機(jī)時(shí)長(zhǎng)和循環(huán)壽命。

（來(lái)源：AdvancedScience）

為開(kāi)發(fā)大容量、高性能負(fù)極材料，提供技術(shù)借鑒

如今，隨著清潔能源的有效利用和日益增長(zhǎng)的能源需求，高能量密度鋰離子電池的開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是推進(jìn)電子設(shè)備和新能源電動(dòng)汽車(chē)快速發(fā)展的主要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)高熵合金均為過(guò)渡金屬元素Co、Cr、Fe、Ni等，作負(fù)極時(shí)并無(wú)儲(chǔ)鋰活性，無(wú)法貢獻(xiàn)出放電容量，因此無(wú)法應(yīng)用于合金型負(fù)極。

具體來(lái)說(shuō)：相比于石墨（372mAh/g）而言，以Si基（4200mAh/g）為代表的合金型材料具備較大的放電容量和較高的儲(chǔ)鋰活性，故在鋰離子電池中具有良好的應(yīng)用前景，但其依舊面臨如下挑戰(zhàn)：

其一，巨大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變和體積膨脹效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致容量的快速衰減；

其二，較低的首次庫(kù)倫效率（ICE<75%）無(wú)法滿足商業(yè)化需求。

盡管采取常規(guī)性的碳材料復(fù)合策略，可以緩沖體積膨脹、提高循環(huán)穩(wěn)定性，但卻是以犧牲電極能量密度為代價(jià)，并且無(wú)法提高合金型單質(zhì)的首次庫(kù)倫效率。就能量密度和可逆性而言，常規(guī)性碳材料復(fù)合策略不再適用于合金型負(fù)極材料。

近幾年來(lái)，憑借優(yōu)異的導(dǎo)電性和獨(dú)特的高熵效應(yīng)，高熵合金在能源催化和存儲(chǔ)領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注，在上述難題的解決上被寄予厚望。

基于此，韋雅慶等人摒棄常規(guī)性的碳材料復(fù)合策略，通過(guò)引入高熵合金的理念，將單組分合金型單質(zhì)拓展到多元、多活性高熵合金體系。

進(jìn)一步地，他們利用高熵合金元素間分階段、多層次、多平臺(tái)協(xié)同配合，避免了單一組分的集中式體積爆發(fā)，讓其循環(huán)穩(wěn)定性得到有效提升，從而取得了和碳材料復(fù)合策略一樣出色的實(shí)驗(yàn)效果。

此外，課題組通過(guò)高熵合金晶格畸變緩慢擴(kuò)散的特點(diǎn)、元素組分間分階段、以及多層次鋰化特性緩沖的體積膨脹，讓電池循環(huán)壽命也得以改善。

最終，通過(guò)成分設(shè)計(jì)和比例調(diào)控等手段，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型ZnxGeyCuzSiwP2固溶體合金。

當(dāng)用作鋰電負(fù)極時(shí)，該系列的ZnxGeyCuzSiwP2固溶體合金均表現(xiàn)出較大的放電容量（>1500mAh/g）、較低的電壓平臺(tái)（0.5V）、以及較高的首次庫(kù)倫效率（ICE>85%）。

其中，等比例固溶的Zn0.5Ge0.5Cu0.5Si0.5P2材料具有最大的構(gòu)型熵，故能發(fā)揮出最高的首次庫(kù)倫效率（ICE=93%）、最小的體積膨脹系數(shù)（34.5%）、最快的Li+擴(kuò)散系數(shù)（1.11′10-10）、以及最為優(yōu)異的快充倍率性能（6.4A/g，551mAh/g），在LiCoO2//Zn0.5Ge0.5Cu0.5Si0.5P2全電池中也得到有效驗(yàn)證。

同時(shí)，單質(zhì)半導(dǎo)體到高熵合金金屬導(dǎo)電性的提高，也額外提升了首次庫(kù)倫效率和倍率性能，這能推動(dòng)合金型負(fù)極材料的進(jìn)一步發(fā)展，為開(kāi)發(fā)大容量、高性能負(fù)極材料，提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)借鑒。

可以說(shuō)，五元ZnxGeyCuzSiwP2高熵合金的研發(fā)，證明“合金型負(fù)極高熵化”的確能提升合金型負(fù)極材料的循環(huán)壽命、首次庫(kù)倫效率和倍率性能的穩(wěn)定提升。

（來(lái)源：AdvancedScience）

“跨年”發(fā)表的論文

而相關(guān)論文的發(fā)表，也稱(chēng)得上是一個(gè)“跨年事件”。由于他們投稿的期刊是國(guó)外雜志，因此國(guó)內(nèi)農(nóng)歷春節(jié)的假期，可能剛好是國(guó)外審稿人的工作日。

就在2022年農(nóng)歷大年三十晚上，課題組收到了關(guān)于此次論文的審稿意見(jiàn)。

隨后他們緊急進(jìn)行線上會(huì)議。韋雅慶表示：“在春節(jié)前夕收到審稿意見(jiàn)，確實(shí)是一個(gè)很大的新春禮物，我們不敢有絲毫懈怠。為了回復(fù)好審稿意見(jiàn)，我們立馬制定研究方向并分配任務(wù)。”

而團(tuán)隊(duì)的全力合作也讓他至今難忘，他說(shuō)：“不得不說(shuō)，團(tuán)結(jié)就是力量：執(zhí)行動(dòng)手能力強(qiáng)的小伙伴，趁著春節(jié)假期補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)；文字功底好的學(xué)生負(fù)責(zé)撰寫(xiě)論文文稿；繪畫(huà)技巧棒的成員負(fù)責(zé)配色排版。大家有條不紊地完成各自的工作內(nèi)容，手挽手肩并肩大步向前，感覺(jué)沒(méi)有任何東西能阻擋我們前進(jìn)的步伐。最終論文投稿也得以如愿接收，從中我深深感受到了團(tuán)隊(duì)力量的偉大�！�

日前，相關(guān)論文以《金屬-磷固溶體合金的高熵化策略助力高可逆性鋰離子電池》（Understanding the Configurational Entropy Evolution in Metal-Phosphorus Solid Solution for Highly Reversible Li-Ion Batteries）為題發(fā)在Advanced Science上（IF17.5）。

圖|相關(guān)論文（來(lái)源：AdvancedScience）

韋雅慶副教授擔(dān)任共同一作兼共同通訊，碩士生姚潤(rùn)哲、劉旭豪是共同第一作者，該校的李德教授和陳永教授擔(dān)任共同通訊作者[1]。

受此啟發(fā)，課題組下一步將以五元ZnxGeyCuzSiwP2為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)一步引入原子半徑相似、電負(fù)性相近的Sn、Mg、Al、Sb等元素，將其拓展至六元、七元、八元等多元高熵合金體系。

希望借此可以增加這一系列高熵合金的陽(yáng)離子無(wú)序度和構(gòu)型熵，以期有效提升其作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能，推動(dòng)“合金型負(fù)極高熵化”體系的進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)用化。

據(jù)了解，韋雅慶今年只有30歲，來(lái)自于廣西南寧。而他從本科至今的腳步，始終活動(dòng)在中國(guó)南方。他是海南大學(xué)的本科校友，如今又成為這里的老師。哪怕曾被保送到中部的華中科技大學(xué)讀博，卻也在幾年后返回母校工作。

而作為一名長(zhǎng)期base在海南的科研人員，韋雅慶也有了更多的盼頭。他說(shuō)：“隨著‘碳中和’‘碳達(dá)峰’政策的提出，以及建設(shè)‘海南自由貿(mào)易港’這一項(xiàng)國(guó)家重大戰(zhàn)略規(guī)劃的整體推進(jìn)，新能源電動(dòng)汽車(chē)的迅猛發(fā)展，在全國(guó)市場(chǎng)占據(jù)越來(lái)越重要的地位和份額，并有望取代燃油車(chē)成為新時(shí)代交通工具的主流。因此，在海南開(kāi)展新能源材料與器件、以及車(chē)用動(dòng)力電池的研究，我和團(tuán)隊(duì)也將擁有更多的優(yōu)勢(shì)。”

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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