STECO蓄电池可充电电池用新兴高熵材料
作为可充电电池的关键组成部分，电极材料对其电化学性能具有显著影响。然而，现有电极材料无法满足实际应用日益增长的需求，这成为推进可充电电池技术发展的主要障碍。近年来，具有独特结构特征的高熵材料（HEMs）被视为提升可充电电池电化学性能的潜力候选材料。本综述系统探讨了高熵材料（HEMs）的制备方法、表征技术、电化学性能及储能机制。此外，我们总结了HEMs在可充电电池领域的研究进展，涵盖合金、氧化物、硫化物、硒化物、磷酸盐、普鲁士蓝类似物和MXene等材料体系。更重要的是，我们深入分析了HEMs的特性与其在可充电电池中潜在应用之间的关联，并指出了HEMs目前面临的主要挑战。本研究为加速开发新一代可充电电池电极材料提供了战略性的见解。
图文摘要
引言
全球能源转型的迫切需求与可再生能源固有特性之间的矛盾，已成为阻碍碳中和目标实现的核心瓶颈。在此背景下，储能电池技术作为现代能源体系不可或缺的支柱，在平衡供需动态和增强电网韧性方面发挥着不可替代的作用。1,2,3电化学储能技术因其低维护成本与长循环寿命特性而备受关注。其中，锂离子电池（LIBs）凭借高能量密度和成熟的工业生态系统，长期主导消费电子及电动汽车市场。4锂氧电池(LOBs)和锂硫电池(LSBs)凭借高理论能量密度的优势，成为后锂时代的研究前沿，分别展现出在长续航电动汽车和高能量密度储能应用领域的潜力。3,5钠离子电池(SIBs)得益于钠元素的地壳丰度远高于锂元素及其已证实的能量密度，已成为锂离子电池(LIBs)的重要补充。6钾离子电池（PIBs）凭借石墨与锂相当的可逆嵌钾容量及廉价钾盐优势，在低成本大规模储能领域日益受到关注。7与此同时，水系锌离子电池（AZIBs）因其不可燃水系电解液和锌金属负极的高理论容量，在柔性电子器件与电网储能领域展现出独特优势。2然而，这些技术的实际应用仍受限于材料层面的挑战，包括结构稳定性不足、离子传输动力学迟滞以及界面相容性欠缺。解决这些瓶颈问题亟需在材料设计策略上取得突破性进展。
电极材料作为可充电电池的核心组件，其性能与电化学表现密切相关。然而传统电极材料已无法满足日益增长的电化学性能需求。高熵材料（HEMs）因其独特的单相晶体结构特征——能够容纳多种元素而表现出卓越的组分多性向，这种特性为精准调控材料性能提供了可能。8,9通过这些多元组分在原子尺度上的协同相互作用（图1），高熵材料能够实现电子构型与反应动力学的系统性调控。10这些材料展现出晶格占位无序性与局域晶格有序性的特征，同时表现出独特的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应。9近年来，在能源存储与转换领域对高熵材料（HEMs）需求持续增长的推动下，HEMs凭借其独特的结构特征和优势性能，在电池研究中获得了日益广泛的关注。
本综述回顾了高熵金属氧化物、合金、普鲁士蓝类似物（PBAs）、硒化物、硫化物、磷酸盐及MXene作为锂离子电池（LIBs）、钠离子电池（SIBs）、钾离子电池（PIBs）、锌离子电池（AZIBs）、锂硫电池（LSBs）和锂氧电池（LOBs）电极材料的研究进展（图2）。该遴选标准聚焦于具有电化学活性、结构多样性和可调特性的材料体系，这些体系展现出高熵设计在电池电极领域的显著潜力。展望了高熵材料（HEMs）在电池储能领域的未来研发趋势，为新型能源材料的研发提供了参考依据。
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