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?北理陳人杰AM：高熵合金實現無負極電池的循環穩定性

為抑制鋰枝晶的形成并提供高能量密度鋰電池，無鋰負極的開發備受贊譽。然而，疏鋰界面和異質鋰沉積阻礙了其實際應用。

在此，北京理工大學陳人杰團隊通過熱力學驅動相變方法開發出了一種 20nm超光滑高熵合金（HEA，NiCdCuInZn）。通過 HEA 中不同組成元素的相互作用，實現了多種鋰傳輸路徑和豐富的活性位點。多傳輸路徑促進了鋰的擴散行為，實現了均勻的鋰沉積。

因此，在非對稱電池中，HEA/C 在 5 mA cm^-2/1 mAh cm^-2 的條件下，可實現超過 2000 個循環的鋰沉積/剝離的高可逆性，CE 為 99.6%；在對稱電池中，在 60 mA cm^-2/60 mAh cm^-2的條件下，可實現超過 7200 小時的可逆性。此外，采用不含鋰金屬的 HEA/C 主電池和高負載（17.6 mg cm^-2）NCM-811 正極的全電池在 1 C 條件下循環 160 次后，平均 CE 值達到 99.5%。

圖1. NiCdCuInZn HEA的理論結果

總之，該工作通過在碳纖維基底上引入原位合成的超光滑高熵合金（HEA，NiCdCuInZn），構建了一種親鋰無負極。計算結果顯示，由于 HEA 獨特的協同作用，構建了多條鋰傳輸路徑和豐富的活性位點。這些具有梯度吸收能量（-3.18~2.03 eV）的活性位點有利于選擇性結合，為均勻的鋰成核提供了便利。因此，在 60 mA cm^-2/60 mAhcm^-2 的條件下，HEA/C實現了均勻的鋰成核和較長的壽命（7200 h）。

此外，在 0.2 C 下循環 40 次后，Li@HEA/C NCM-811軟包電池的平均庫侖效率穩定在 99.07%。因此，該種超光滑的 HEA 層為無枝晶負極提供了一種創新的親鋰材料體系，促進了高熵材料在先進電池中的應用。

圖2. 電池性能

Ultra-Sleek High Entropy Alloy Tights: Realizing Superior Cyclability for Anode-Free Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308257

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