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開發具有快充能力的大容量電極一直是開發高能鋰離子電池的目標。要設計出性能優良的電極，需要同時考慮足夠大的容量、合適的電壓平臺和良好的離子/電子導電性。

在此，華中科技大學李會巧教授等人通過將半導體Ge融合到非金屬P中，提出了一種具有寬范圍可調域的新型金屬Ge_xP_60-x固溶體，并證明了這是一種Ge-P二元合金，而不是典型的離子/共價化合物。

由于其獨特的類磷層狀結構，這些Ge_xP_60-x合金具有高導電性（~2.4×10⁶ S/m）。更具體地說，Ge-P 相互作用不像金屬磷化物那樣是強共價鍵，因此，在Ge_xP_60-x合金中不會發生基于金屬磷化物化學鍵斷裂的轉化反應過程，取而代之的是合金化儲鋰機制。

圖1. Ge_xP_60-x的電子電導率和熱穩定性表征

因此，這樣的Ge_xP_60-x是第一個可以同時表現出大容量（> 1800 mAh/g）、高可逆性（ICE> 90%）和合適的電壓平臺（~0.5 V）的合金，在15分鐘內以較低的安全電壓提供770 mAh/g快速充電。

非金屬和半導體元素可以基于固溶體化學形成導電合金的這一發現為高性能負極家族注入了新鮮血液，并為用于儲能的先進快充電極的材料設計提供了新策略。

圖2. 具有快速充放電能力的Ge_xP_60-x合金的形態和電化學特性

Fusing semiconductor and nonmetal into a high conductive wide-range solid solution alloy for Li-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.001

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華科李會巧EnSM: 半導體與非金屬熔合成的鋰離子電池用高導電性寬范圍合金

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