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華科李會巧EnSM: 半導(dǎo)體與非金屬熔合成的鋰離子電池用高導(dǎo)電性寬范圍合金

開發(fā)具有快充能力的大容量電極一直是開發(fā)高能鋰離子電池的目標(biāo)。要設(shè)計出性能優(yōu)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(dǎo)電性。

在此，華中科技大學(xué)李會巧教授等人通過將半導(dǎo)體Ge融合到非金屬P中，提出了一種具有寬范圍可調(diào)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(jié)構(gòu)，這些Ge_xP_60-x合金具有高導(dǎo)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(qiáng)共價鍵，因此，在Ge_xP_60-x合金中不會發(fā)生基于金屬磷化物化學(xué)鍵斷裂的轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程，取而代之的是合金化儲鋰機(jī)制。

圖1. Ge_xP_60-x的電子電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性表征

因此，這樣的Ge_xP_60-x是第一個可以同時表現(xiàn)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(nèi)以較低的安全電壓提供770 mAh/g快速充電。

非金屬和半導(dǎo)體元素可以基于固溶體化學(xué)形成導(dǎo)電合金的這一發(fā)現(xiàn)為高性能負(fù)極家族注入了新鮮血液，并為用于儲能的先進(jìn)快充電極的材料設(shè)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(tài)和電化學(xué)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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