Exploring the Relationship between the Entropy Effect and Element Effect in High-Performance High-Entropy Materials

材料科学 熵(时间箭头) 阳极 电容器 组态熵 制作 热力学 功率密度 阴极 电化学 想象 统计物理学 纳米技术 材料性能 化学物理 储能 要素(刑法) 电流密度
作者
Dongxiao Li,Cheng Liu,Jieming Cai,Jie Li,Jiangnan Huang,Biao Zhong,WentaoDeng,Hongshuai Hou,Guoqiang Zou,Xiaobo Ji
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (2): 2050-2063 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c14550
摘要

High-entropy materials show significant potential in various fields. It is commonly recognized that the entropy stabilization effect and the element synergy effect jointly affect high-entropy materials. However, the debate yet persists over whether the entropy stabilized effect or element synergy dominates their performance. Herein, high-entropy anode materials with entropy values ranging from 1.09 to 1.61 R have been designed, proposing the concept of a critical high entropy value (CEA, 1.5 R), unexpectedly discovering that material properties undergo significant optimization as entropy increases when the configurational entropy is lower than the CEA, but when it exceeds the CEA, the element synergy effect gradually emerges due to the marginal effect of the entropy stabilization effect, which deliver excellent electrochemical performances for the lithium-ion capacitors (LICs) anode. Assembling it with an activated carbon (AC) cathode for LICs, high energy density (193 Wh kg–1) and high power density (10 kW kg–1) can be achieved. Impressively, benefiting from the real high-entropy effect and element effect, the as-obtained materials with 1.6 R deliver highly reversible lithium storage behavior, enhanced mechanical properties postlithium insertion, and a thinner and more stable SEI according to TOF-SIMS and XAFS results. These explorations have extensive guiding implications for the design and fabrication of high-entropy materials with superior performance.
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