【DFT+实验】北科李建玲Nano Energy：利用废弃钢渣设计梯度掺杂高熵正极用于高性能钠离子电池

固体废弃物的大量排放导致中国的固体废弃物利用率不足30%，这造成了严重的环境问题。因此，迫切需要通过寻找新能源来节约化石能源，并通过提高固体废弃物的资源化利用率来保护生态环境。

图1. HECM的晶体结构表征

北京科技大学李建玲等基于高熵层状氧化物（HEOs）中各元素协同效应的优势，结合固体废弃物资源再利用的环保理念，首次提出在P2型层状氧化物中引入钢渣（SS）（SS中含有多种可利用元素，如Fe、Si、Ca、Mg、Mn和Li），制备了一种高熵层状氧化物（HEOs）作为长寿命钠离子电池的优秀正极材料。

研究显示，表面高熵区大大提高了材料的空气稳定性，减少了表面杂质和副反应。近表面高熵区的Na-O-Mg构型不断激发阴离子氧化还原活性，DEMS显示高强度Al-O键实现了零氧释放。

图2. HECM的电化学性能

因此，LNSM-0.01在4.0-4.5 V范围内显示出~24 mA h g^-1的稳定容量。另外，体相高熵区中的Ca²⁺破坏了Na⁺/空位有序转变，提高了动力学性能（1000 mA g^-1时为90 mA h g^-1），而Fe^2+/3+则提供了大量的电荷补偿。

DFT计算证明，基于协同效应的熵稳定性极大地强化了层状氧化物构型，其在循环过程中构建了更稳固的结构框架。这项研究加深了人们对多元素梯度掺杂制备高氧化物的理解，为固体废弃物的资源化利用提供了一条新途径。

图3. 近表面高熵区研究

Reusing the steel slag to design a gradient-doped high-entropy oxide for high-performance sodium ion batteries. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109030

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