用高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和能量色散X射線(xiàn)光譜（EDX）研究了活性材料。

新型材料可顯著提高可充電電池的存儲(chǔ)容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在這些材料中有高熵氧化物（HEO），其穩(wěn)定性是由元素的無(wú)序分布引起的。使用HEO，可以定制電化學(xué)性質(zhì)，正如卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的納米技術(shù)專(zhuān)家HorstHahn團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的那樣。研究人員在NatureCommunications雜志上報(bào)道了他們的發(fā)現(xiàn)。

可持續(xù)能源供應(yīng)需要可靠的存儲(chǔ)系統(tǒng)用于固定和移動(dòng)應(yīng)用的可再充電電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的需求在過(guò)去幾年中迅速增加，并且預(yù)計(jì)在未來(lái)將繼續(xù)增長(zhǎng)。電池最重要的特性包括它們的存儲(chǔ)容量和它們的循??環(huán)穩(wěn)定性，即可能的充電和放電過(guò)程的數(shù)量而沒(méi)有任何容量損失。由于其高穩(wěn)定性，一種全新的材料被稱(chēng)為高熵氧化物（HEO）預(yù)計(jì)會(huì)帶來(lái)重大改進(jìn)。此外，HEO的電化學(xué)性質(zhì)可以通過(guò)改變它們的組成來(lái)定制。由KIT和烏爾姆大學(xué)以及馬德拉斯印度理工學(xué)院共同建立的KIT納米技術(shù)研究所（INT）和卡爾斯魯厄納米微設(shè)施（KNMF）科學(xué)家的科學(xué)家們現(xiàn)在第一次擁有證明了HEO作為可逆鋰儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換材料的適用性。基于電化學(xué)材料轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換電池允許增加存儲(chǔ)的能量，同時(shí)減少電池重量。科學(xué)家們使用HEO生產(chǎn)基于轉(zhuǎn)換的電極，這些電極在500次以上的充電循環(huán)中存活，沒(méi)有任何明顯的容量降低。

KITINT的主任HorstHahn教授的納米結(jié)構(gòu)材料小組是高熵氧化物研究的先驅(qū)之一。科學(xué)家們發(fā)表了幾篇關(guān)于這些新材料的罕見(jiàn)出版物這已經(jīng)被認(rèn)識(shí)幾年了。HEO的特殊性質(zhì)來(lái)自熵穩(wěn)定。這使得它們與已知的已知的高熵合金相當(dāng)。熵穩(wěn)定的HEO是含有五種或更多種相同量的不同金屬陽(yáng)離子并呈現(xiàn)單相晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物。雖然元素的典型晶體結(jié)構(gòu)差異很大，但它們形成了一個(gè)聯(lián)合晶格并且分布到晶體中的位置而沒(méi)有任何明顯的順序。這種無(wú)序，也稱(chēng)為高熵，使材料穩(wěn)定，可能是因?yàn)樗鼡p害了晶格中缺陷的遷移。

“由于高穩(wěn)定性，不同金屬陽(yáng)離子的相互作用以及大量可行的元素組合，HEO開(kāi)辟了無(wú)與倫比的機(jī)會(huì)，”HorstHahn教授說(shuō)。該研究報(bào)告在NatureCommunications上發(fā)表濃縮在基于過(guò)渡金屬（TM-HEO）的HEO上，其特征在于高鋰離子傳導(dǎo)性。通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM），研究人員研究了TM-HEO的結(jié)構(gòu)及其對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響。他們發(fā)現(xiàn)去除一種元素只會(huì)降低熵并對(duì)循環(huán)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。每個(gè)單獨(dú)的元件影響TM-HEO的電化學(xué)行為，使得材料可以適應(yīng)各種應(yīng)用。結(jié)果是電極材料系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的模塊化方法。“我們的研究表明，熵穩(wěn)定的HEO與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換材料有很大不同，”HorstHahn說(shuō)。“然而，要開(kāi)辟其儲(chǔ)能應(yīng)用的全部潛力，需要進(jìn)一步研究。”