德國研究人員提出新高熵儲能材料 推動鋰電池發展

(圖片來源:RSC)據國外媒體報道，德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員提出了一種適用于儲能應用的新型高熵材料。在他們的論文中，他們報道了通過簡單的機械化學方法，以最近設計的聚陽離子過渡金屬基高熵氧化物為前體，LiF或NaCl為反應物，制備聚陰離子和聚陽離子化合物，從而生成鋰或鈉材料。工作電勢相對于Li+/李燦為3.4 V的含鋰熵穩定的氟氧化合物(LIX(co 0.2 Cu 0.2mg 0.2 ni 0.2 Zn 0.2)ofx)用作陰極活性材料。與傳統的(非熵穩定的)氟氧化合物不同，這種新材料受益于熵穩定性，表現出更強的儲鋰性能，以前所未有的方式改變組成元素，提高循環性能。熵穩定性的概念也適用于具有巖鹽結構的含鈉氯氧化物，從而為鋰電池技術的發展鋪平了道路。在許多不同的應用領域，高熵材料以其新奇、意想不到和前所未有的特性引起了廣泛的關注。HEM是基于引入高組態熵來穩定單相結構。目前已經合成和公開了大量的高熵化合物，包括碳化物、二硼化物、氮化物、硫族化物和氧化物，廣泛應用于熱電、電介質和鋰離子電池。最近，一種被命名為高熵氧化物(HEO)的高熵材料在2015年由美國的Christina M.Rost等人首次提出。然而，到目前為止，還沒有關于含多個陰離子的HEM化合物的文獻報道。穩定的高組態熵效應僅由晶體結構中的陽離子引起，因為陰離子位點的貢獻為零。因此，制備具有明顯熵穩定性跡象的聚陰離子和聚陽離子單相結構具有重要意義，特別是考慮到構型熵增益將大于基于過渡金屬的HEO體系。KIT的論文是首次報道，多陰離子和多陽離子高熵氧鹵化物，及其在電化學儲能中的應用。研究人員以聚陽離子過渡金屬基HEO(即只有氧離子占據陰離子位點)為前驅體，引入額外的鹵素離子(X)和堿金屬離子，生成聚陰離子和聚陽離子巖鹽化合物(HEOX)。一價氟被引入到被二價氧占據的HEO陰離子晶格中，通過在陽離子晶格中加入一價鋰(或鈉)來補償電荷。由于氟離子和氧離子的半徑相近，這種取代不會在單相巖鹽結構中引起明顯的應變。通過在一種熵穩定的聚陽離子化合物中加入多個陰離子，研究人員首次發現，在保持單相巖鹽結構的同時，不僅陽離子，陰離子也會發生變化。這些化合物構成了一類新的熵穩定材料，陰離子晶格促進了構型熵的形成，從而獲得了額外的結構穩定性增益。通過該方法，成功合成了一種適用于下一代鋰離子電池的具有巖鹽結構的氟基負極活性材料。值得一提的是，熵穩定性可以顯著提高循環性能。此外，這種方法可以減少電池正極中有和昂貴的元素，而不會明顯影響能量密度。綜上所述，多陰離子和多陽離子高熵化合物的概念將帶來前所未有的新型儲能材料。(圖片來源:RSC)據國外媒體報道，德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)的研究人員提出了一種適用于儲能應用的新型高熵材料。在他們的論文中，他們報道了通過簡單的機械化學方法，以最近設計的聚陽離子過渡金屬基高熵氧化物為前體，LiF或NaCl為反應物，制備聚陰離子和聚陽離子化合物，從而生成鋰或鈉材料。工作電勢相對于Li+/李燦為3.4 V的含鋰熵穩定的氟氧化合物(LIX(co 0.2 Cu 0.2mg 0.2 ni 0.2 Zn 0.2)ofx)用作陰極活性材料。與傳統的(非熵穩定的)氟氧化合物不同，這種新材料受益于熵穩定性，表現出更強的儲鋰性能，以前所未有的方式改變了組成元素，并提高了……自行車性能。熵穩定性的概念也適用于具有巖鹽結構的含鈉氯氧化物，從而為鋰電池技術的發展鋪平了道路。在許多不同的應用領域，高熵材料以其新奇、意想不到和前所未有的特性引起了廣泛的關注。HEM是基于引入高組態熵來穩定單相結構。目前已經合成和公開了大量的高熵化合物，包括碳化物、二硼化物、氮化物、硫族化物和氧化物，廣泛應用于熱電、電介質和鋰離子電池。最近，一種被命名為高熵氧化物(HEO)的高熵材料在2015年由美國的Christina M.Rost等人首次提出。然而，到目前為止，還沒有關于含多個陰離子的HEM化合物的文獻報道。穩定的高組態熵效應僅由晶體結構中的陽離子引起，因為陰離子位點的貢獻為零。因此，制備具有明顯熵穩定性跡象的聚陰離子和聚陽離子單相結構具有重要意義，特別是考慮到構型熵增益將大于基于過渡金屬的HEO體系。KIT的論文是首次報道，多陰離子和多陽離子高熵氧鹵化物，及其在電化學儲能中的應用。研究人員以聚陽離子過渡金屬基HEO(即只有氧離子占據陰離子位點)為前驅體，引入額外的鹵素離子(X)和堿金屬離子，生成聚陰離子和聚陽離子巖鹽化合物(HEOX)。一價氟被引入到被二價氧占據的HEO陰離子晶格中，通過在陽離子晶格中加入一價鋰(或鈉)來補償電荷。由于氟離子和氧離子的半徑相近，這種取代不會在單相巖鹽結構中引起明顯的應變。通過在一種熵穩定的聚陽離子化合物中加入多個陰離子，研究人員首次發現，在保持單相巖鹽結構的同時，不僅陽離子，陰離子也會發生變化。這些化合物構成了一類新的熵穩定材料，陰離子晶格促進了構型熵的形成，從而獲得了額外的結構穩定性增益。通過該方法，成功合成了一種適用于下一代鋰離子電池的具有巖鹽結構的氟基負極活性材料。值得一提的是，熵穩定性可以顯著提高循環性能。此外，這種方法可以減少電池正極中有和昂貴的元素，而不會明顯影響能量密度。綜上所述，多陰離子和多陽離子高熵化合物的概念將帶來前所未有的新型儲能材料。

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