中國粉體網訊  海南，是新能源汽車的“試驗寶地”。針對此，海南大學材料學院韋雅慶副教授可能是最有發(fā)言權的人之一。

他表示，一方面新能源動力電池的運行服役，會受到極端低溫環(huán)境和惡劣天氣的影響，這會導致電池性能無法得到有效發(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)定運行。

此外，海南島全島面積3.39萬平方公里，從�？诘饺齺唭H有285公里，完全在新能源電動汽車的續(xù)航里程范圍內。

他繼續(xù)說道：“開著新能源電動車在海南環(huán)島自駕游已經變得頗受歡迎。因此，作為海南島的一名科研人員，我們在這里開展新能源車用動力電池的研究也具有重要的現實意義。并且，這類科學研究源于生活需求，最終又服務于日常生活中�！�

而就在前不久，韋雅慶和團隊成功解決了鋰離子電池合金型負極材料面臨的兩大難題：首次庫倫效率較低、以及體積膨脹導致容量快速衰減的問題。

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

審稿人也予以較高的評價，其認為：“本工作是鋰離子電池合金型負極材料的重要轉折點，對合金型負極材料的進一步發(fā)展具有重要的里程碑意義�！�

（來源：AdvancedScience）

在應用前景上：

首先，該成果可以提升新能源電動汽車的續(xù)航能力：作為電動汽車的首選電源，高熵合金負極材料的研發(fā)將極大地提高鋰離子電池的能量密度，從而進一步提升新能源電動汽車的續(xù)航里程。

其次，該成果可以助力新興產業(yè)領域的崛起與發(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船舶、電動無人機、電子機器人、軍用雷達、航天空間站等高端科技產品，推動高科技新興產業(yè)的快速發(fā)展。

最后，該成果還能促進電子消費產品的持久循環(huán)使用：它能夠極大提高鋰離子電池的能量密度，進而用于手機、筆記本電腦、電子手表、數碼相機等消費電子產品和電動工具，最終有效提升其待機時長和循環(huán)壽命。

（來源：AdvancedScience）

為開發(fā)大容量、高性能負極材料，提供技術借鑒

如今，隨著清潔能源的有效利用和日益增長的能源需求，高能量密度鋰離子電池的開發(fā)具有重要的現實意義，也是推進電子設備和新能源電動汽車快速發(fā)展的主要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)高熵合金均為過渡金屬元素Co、Cr、Fe、Ni等，作負極時并無儲鋰活性，無法貢獻出放電容量，因此無法應用于合金型負極。

具體來說：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鋰活性，故在鋰離子電池中具有良好的應用前景，但其依舊面臨如下挑戰(zhàn)：

其一，巨大的結構應力應變和體積膨脹效應，會導致容量的快速衰減；

其二，較低的首次庫倫效率（ICE<75%）無法滿足商業(yè)化需求。

盡管采取常規(guī)性的碳材料復合策略，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，并且無法提高合金型單質的首次庫倫效率。就能量密度和可逆性而言，常規(guī)性碳材料復合策略不再適用于合金型負極材料。

近幾年來，憑借優(yōu)異的導電性和獨特的高熵效應，高熵合金在能源催化和存儲領域引起廣泛關注，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)性的碳材料復合策略，通過引入高熵合金的理念，將單組分合金型單質拓展到多元、多活性高熵合金體系。

進一步地，他們利用高熵合金元素間分階段、多層次、多平臺協(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合策略一樣出色的實驗效果。

此外，課題組通過高熵合金晶格畸變緩慢擴散的特點、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，通過成分設計和比例調控等手段，該團隊開發(fā)出一種新型ZnxGeyCuzSiwP2固溶體合金。

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

其中，等比例固溶的Zn0.5Ge0.5Cu0.5Si0.5P2材料具有最大的構型熵，故能發(fā)揮出最高的首次庫倫效率（ICE=93%）、最小的體積膨脹系數（34.5%）、最快的Li+擴散系數（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證。

同時，單質半導體到高熵合金金屬導電性的提高，也額外提升了首次庫倫效率和倍率性能，這能推動合金型負極材料的進一步發(fā)展，為開發(fā)大容量、高性能負極材料，提供重要的理論指導和技術借鑒。

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

（來源：AdvancedScience）

“跨年”發(fā)表的論文

而相關論文的發(fā)表，也稱得上是一個“跨年事件”。由于他們投稿的期刊是國外雜志，因此國內農歷春節(jié)的假期，可能剛好是國外審稿人的工作日。

就在2022年農歷大年三十晚上，課題組收到了關于此次論文的審稿意見。

隨后他們緊急進行線上會議。韋雅慶表示：“在春節(jié)前夕收到審稿意見，確實是一個很大的新春禮物，我們不敢有絲毫懈怠。為了回復好審稿意見，我們立馬制定研究方向并分配任務�！�

而團隊的全力合作也讓他至今難忘，他說：“不得不說，團結就是力量：執(zhí)行動手能力強的小伙伴，趁著春節(jié)假期補做實驗；文字功底好的學生負責撰寫論文文稿；繪畫技巧棒的成員負責配色排版。大家有條不紊地完成各自的工作內容，手挽手肩并肩大步向前，感覺沒有任何東西能阻擋我們前進的步伐。最終論文投稿也得以如愿接收，從中我深深感受到了團隊力量的偉大�！�

日前，相關論文以《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|相關論文（來源：AdvancedScience）

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

受此啟發(fā)，課題組下一步將以五元ZnxGeyCuzSiwP2為出發(fā)點，進一步引入原子半徑相似、電負性相近的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離子無序度和構型熵，以期有效提升其作為鋰離子電池負極材料的電化學性能，推動“合金型負極高熵化”體系的進一步發(fā)展和實用化。

據了解，韋雅慶今年只有30歲，來自于廣西南寧。而他從本科至今的腳步，始終活動在中國南方。他是海南大學的本科校友，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讀博，卻也在幾年后返回母校工作。

而作為一名長期base在海南的科研人員，韋雅慶也有了更多的盼頭。他說：“隨著‘碳中和’‘碳達峰’政策的提出，以及建設‘海南自由貿易港’這一項國家重大戰(zhàn)略規(guī)劃的整體推進，新能源電動汽車的迅猛發(fā)展，在全國市場占據越來越重要的地位和份額，并有望取代燃油車成為新時代交通工具的主流。因此，在海南開展新能源材料與器件、以及車用動力電池的研究，我和團隊也將擁有更多的優(yōu)勢�！�

（中國粉體網編輯整理/文正）

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