高熵材料（HEM）由于其巨大的構型熵和多獨特性，在催化和儲能領域引起了越來越多的關注。然而，由于其不具鋰活性的過渡金屬成分，它在合金型負極中是失敗的。

圖1. 合理設計高熵材料（HEM）合成的基本選擇

海南大學李德、韋雅慶、佛山科學技術學院陳永等受高熵概念的啟發(fā)，在金屬-磷合成中引入了鋰活性元素而不是過渡金屬元素。有趣的是，作為概念驗證，作者成功地合成了一種新的Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶體，并首次在F-43m中驗證了其立方體系。

更特別的是，這種Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂擁有從9911到4466的寬范圍可調(diào)諧區(qū)域，其中Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂的構型熵最高。

當作為負極時，Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂提供了大的容量（>1500 mAh g^-1）和合適的高平臺（≈0.5 V）儲能，打破了傳統(tǒng)的觀點，即HEM由于其過渡金屬成分而無法作為負極的合金。

圖2. Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的電化學性能

其中，Zn_0.5Ge_0.5Cu_0.5Si_0.5P₂表現(xiàn)出最高的初始庫侖效率（ICE）（93%）、鋰擴散率（1.11×10^-10）、最低的體積膨脹率（34.5%）和最佳的倍率性能（551 mAh g-1，6400 mA g-1），因為其配置熵最大。可能的機制研究顯示，高熵穩(wěn)定有助于緩沖體積變化，并在很大程度上促進電子傳輸，從而支持鋰離子電池的可逆性、循環(huán)性和更好的倍率性能。

總之，這種新型Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂固溶體的新發(fā)現(xiàn)將為快充鋰離子電池的合金化負極家族注入新鮮血液。另外，大的構型熵在合金負極中的應用可能為材料設計和優(yōu)化提供一個新的策略，以實現(xiàn)先進的能源儲存。

圖3. Zn_xGe_yCu_zSi_wP₂的電化學機制探究

Understanding the Configurational Entropy Evolution in Metal-Phosphorus Solid Solution for Highly Reversible Li-Ion Batteries. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202300271