北理陈人杰AM：高熵合金实现无负极电池的循环稳定性

为抑制锂枝晶的形成并提供高能量密度锂电池，无锂负极的开发备受赞誉。然而，疏锂界面和异质锂沉积阻碍了其实际应用。

在此，北京理工大学陈人杰团队通过热力学驱动相变方法开发出了一种 20nm超光滑高熵合金（HEA，NiCdCuInZn）。通过 HEA 中不同组成元素的相互作用，实现了多种锂传输路径和丰富的活性位点。多传输路径促进了锂的扩散行为，实现了均匀的锂沉积。

因此，在非对称电池中，HEA/C 在 5 mA cm^-2/1 mAh cm^-2 的条件下，可实现超过 2000 个循环的锂沉积/剥离的高可逆性，CE 为 99.6%；在对称电池中，在 60 mA cm^-2/60 mAh cm^-2的条件下，可实现超过 7200 小时的可逆性。此外，采用不含锂金属的 HEA/C 主电池和高负载（17.6 mg cm^-2）NCM-811 正极的全电池在 1 C 条件下循环 160 次后，平均 CE 值达到 99.5%。

图1. NiCdCuInZn HEA的理论结果

总之，该工作通过在碳纤维基底上引入原位合成的超光滑高熵合金（HEA，NiCdCuInZn），构建了一种亲锂无负极。计算结果显示，由于 HEA 独特的协同作用，构建了多条锂传输路径和丰富的活性位点。这些具有梯度吸收能量（-3.18~2.03 eV）的活性位点有利于选择性结合，为均匀的锂成核提供了便利。因此，在 60 mA cm^-2/60 mAhcm^-2 的条件下，HEA/C实现了均匀的锂成核和较长的寿命（7200 h）。

此外，在 0.2 C 下循环 40 次后，Li@HEA/C NCM-811软包电池的平均库仑效率稳定在 99.07%。因此，该种超光滑的 HEA 层为无枝晶负极提供了一种创新的亲锂材料体系，促进了高熵材料在先进电池中的应用。

图2. 电池性能

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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