南京师范大学联合东南大学发表EES：高熵效应—如何改善电池技术？- 大数跨境

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南京师范大学联合东南大学发表EES：高熵效应—如何改善电池技术？

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2024-11-22

导读：南京师范大学联合东南大学发表EES：高熵效应—如何改善电池技术？

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研究背景

随着全球对先进储能解决方案的需求不断增加，探索创新战略变得日益重要。作为能源存储设备的核心组件，电池技术在能源应用领域中备受关注。然而，传统的材料改性策略在提升电池性能方面仍存在一定的局限性，这促使研究人员积极寻求更高效的材料设计方法。近年来，高熵概念作为一种革命性的材料开发方法，被广泛应用于可充电电池材料的合成与设计（图1）。得益于更加无序的组分，高熵电池材料（HEBMs）通常表现出优于传统功能材料的性能特性。

图1：HEBMs的历史发展图

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文章简介

最近，南京师范大学马妍姣教授团队与东南大学吴宇平教授、马源教授团队合作，针对高熵效应与可充电电池材料增强的电化学特性之间的联系进行了深入探讨，全面的总结了高熵或组成/占据无序在电正极、负极和电解质池材料设计中的六大基本优势。此外，作者还提出了高熵材料（HEMs）目前面临的困难与挑战并给出了相应的解决策略，为从事HEMs的设计人员提供了科学的理论指导。相关成果以 "Improving upon rechargeable battery technologies: On the role of high-entropy effects" 为题发表在国际著名期刊Energy & Environmental Science上，第一作者为周子豪（南京师范大学在读研究生）。

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本文要点

要点一：HEBMs的六大基本优势

元素之间复杂的相互作用使得HEMs展现出独特的性质，包括鸡尾酒效应、晶格畸变、高缺陷密度和结构稳定。随着高熵策略逐渐被引入到可充电电池材料的开发当中，这些高熵电池材料 (HEBMs) 也表现出优于传统材料的电化学性能，而这与系统构型熵的增加和组分无序密切相关，即HEBMs的六大基本优势：（1）零/较低的应变水平（2）抑制不可逆相变（3）促进转化过程（4）晶格畸变构建离子传输通道（5）无序促进离子扩散（6）鸡尾酒效应诱导的协同作用。

图2：HEBMs的六大基本优势

要点二：HEBMs的未来研究方向

虽然高熵策略已被广泛应用于高性能电化学储能装置的开发，但HEMs 的相关研究还处于早期的探索阶段，其在实际应用中仍存在许多困难。文章分别从材料设计、合成方法和理论计算三个方面入手，系统的阐述了HEBMs目前研究存在的挑战，并给予了相应的解决思路。

图3：HEBMs的一般研究方法

要点三：高熵策略的拓展应用

目前HEMs的相关研究工作主要集中在利用高熵策略增强电极材料和改进电解质方面。近来，电池设计领域出现了一些新兴的材料改性策略，例如高熵掺杂、高熵涂层以及高熵液态电解质，文章系统地介绍了这些高熵概念的延伸方法，以拓宽高熵策略的实际应用范围。

图4：高熵策略的拓展应用

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文章链接

Improving upon rechargeable battery technologies: On the role of high-entropy effects

DOI: 10.1039/D4EE03708A

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通讯作者简介

马妍姣（Yanjiao Ma）南京师范大学教授，博士生导师，电化学储能与能量转换团队负责人。2022年入选国家海外高层次青年人才引进计划，2023年入选南京师范大学中青年杰出人才。主要致力于新能源利用与储能方向的研究，在电化学能量存储与转换方向提出高熵驱动结构稳定，活性中心掺杂等创新性研究思路。目前在Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Angew. Chem., Adv. Energy Mater., Matter, Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., ACS Nano等国际知名期刊发表50余篇学术论文。参与申请10项专利，其中欧盟专利1项，已授权中国专利7项。担任SusMat、Energy Materials、Green Carbon等期刊青年编委。

吴宇平（Yuping Wu），东南大学教授，博士生导师，国家杰青。入选英国皇家化学会会士、德国萨克森科学院通讯院士、东南大学首席教授。共发表500多篇学术论文，H-指数106+；撰写10部关于锂电池的专著，销量超过5万册；获得中国、美国、日本在内授权发明专利31项。多次入选“全球高被引科学家”之列，2015年被汤森路透从“全球高被引科学家”评为“全球最具影响力的科研精英”。担任Energy Mater. (IF=11.8) 期刊主编、Energy Environ. Mater. (IF = 13) 期刊副主编和其它刊物编委等职务。

马源（Yuan Ma），东南大学教授，博士生导师。2024年入选国家高层次青年人才项目，获东南大学青年首席教授称号。长期专注于全固态电化学储能技术，高熵能源材料等研究工作。目前在Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Matter, Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., ACS Nano等国际期刊发表60余篇学术论文，申请3项欧盟专利。主持/参与多项国家级、欧盟、德国巴斯夫公司科研项目，担任Energy Mater. (IF = 11.8)，Green Carbon期刊青年编委。

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单位团队介绍

南京师范大学能源与机械工程学院电化学储能与能量转换团队诚聘青年教师、博士后。本团队依托江苏省能源绿色转化与碳减排工程研究中心、江苏省新型动力电池重点实验室等省级平台，课题组科研条件良好，经费充足，主要致力于新能源材料与电化学储能材料与器件方向的研究。欢迎感兴趣的同仁来信详谈yanjiao.ma@njnu.edu.cn。