高熵材料（HEM）由于其巨大的構(gòu)型熵和多獨(dú)特性，在催化和儲(chǔ)能領(lǐng)域引起了越來越多的關(guān)注。然而，由于其不具鋰活性的過渡金屬成分，它在合金型負(fù)極中是失敗的。

圖1. 合理設(shè)計(jì)高熵材料（HEM）合成的基本選擇

海南大學(xué)李德、韋雅慶、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院陳永等受高熵概念的啟發(fā)，在金屬-磷合成中引入了鋰活性元素而不是過渡金屬元素。有趣的是，作為概念驗(yàn)證，作者成功地合成了一種新的Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶體，并首次在F-43m中驗(yàn)證了其立方體系。

更特別的是，這種Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂擁有從9911到4466的寬范圍可調(diào)諧區(qū)域，其中Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂的構(gòu)型熵最高。

當(dāng)作為負(fù)極時(shí)，Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂提供了大的容量（>1500 mAh g^-1）和合適的高平臺(tái)（≈0.5 V）儲(chǔ)能，打破了傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，即HEM由于其過渡金屬成分而無法作為負(fù)極的合金。

圖2. Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的電化學(xué)性能

其中，Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂表現(xiàn)出最高的初始庫侖效率（ICE）（93%）、鋰擴(kuò)散率（1.11×10^-10）、最低的體積膨脹率（34.5%）和最佳的倍率性能（551 mAh g-1，6400 mA g-1），因?yàn)槠渑渲渺刈畲?。可能的機(jī)制研究顯示，高熵穩(wěn)定有助于緩沖體積變化，并在很大程度上促進(jìn)電子傳輸，從而支持鋰離子電池的可逆性、循環(huán)性和更好的倍率性能。

總之，這種新型Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶體的新發(fā)現(xiàn)將為快充鋰離子電池的合金化負(fù)極家族注入新鮮血液。另外，大的構(gòu)型熵在合金負(fù)極中的應(yīng)用可能為材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供一個(gè)新的策略，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的能源儲(chǔ)存。

圖3. Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的電化學(xué)機(jī)制探究

Understanding the Configurational Entropy Evolution in Metal-Phosphorus Solid Solution for Highly Reversible Li-Ion Batteries. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202300271