倪江锋/李亮Adv. Sci.：通过成分梯度实现结构耐用的双金属合金负极

Sb和Bi等金属具有容量大、反应电位低等特点，是钠离子电池重要的负极材料。然而，钠储存时应力和应变的积累会导致裂纹和断裂的形成，从而导致电极在长时间循环时失效。

苏州大学倪江锋、李亮等报道了具有成分梯度的Bi_xSb_1-x双金属合金薄膜的设计和构造，以减轻固有的结构不稳定性。

图1 FEA模拟双金属合金薄膜固溶体或梯度结构中的应力分布

这种梯度Bi_0.33Sb_0.67(G- Bi_0.33Sb_0.67)薄膜是通过控制电沉积具有不同Bi:Sb比率的溶液来制备的。Bi和Sb浓度的梯度变化呈现在从薄膜底部到顶部的垂直方向上，顶部富含Sb的高容量成分，贡献了大部分容量，而底部富含低容量Bi，有助于降低薄膜与基板之间的界面应力。有限元分析（FEA）证实，与Bi_0.33Sb_0.67(S- Bi_0.33Sb_0.67)的固溶体相比，梯度设计显著降低了钠化时电极膜内产生的应力。

图2 双金属合金薄膜的储钠性能

值得注意的是，G- Bi_0.33Sb_0.67薄膜在2 C下的容量约为500 mAh g^-1，经过1000次循环后仍维持初始容量的82%，大大优于固溶体对应物和许多报道的合金负极。此外，梯度膜还表现出优异的倍率性能，在10 C的高倍率下可提供319 mAh g^-1。

值得注意的是，这种膜还具有6.8 g cm^-3的高堆积密度，这对于微电池为微电子器件供电至关重要且独一无二。这种梯度设计可以为设计由于储能时体积变化巨大而结构不稳定的高容量负极材料开辟了可能性。

图3 电化学循环中电极演化的比较

Structurally Durable Bimetallic Alloy Anodes Enabled by Compositional Gradients. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202201209