钠离子电池因其高性价比、储能规模大而受到广泛关注。然而，由于缺乏具有大容量、电化学稳定性和稳健性的高效负极材料，严重阻碍了其实际应用。

近日，受榴莲启发，苏州大学李亮教授，美国阿贡国家实验室陆俊教授报道了一种基于电沉积在铜衬底上的Bi_0.75Sb_0.25合金三角金字塔阵列的坚固钠负极的设计和无模板制造。

文章要点

1）合金阵列电极的制备分两步进行，即在铜衬底上无模板电沉积金字塔阵列，然后在氮气气氛中于200 °C下进行热处理。沉积产物在200 °C退火时没有明显的形貌变化。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Bi-Sb合金的成分为Bi_0.75Sb_0.25。EDS显示Bi和Sb元素在整个样品中分布均匀，表明生成了固溶体。此外，TEM图像进一步证实了合金金字塔的生成。层间距为0.318 nm的晶格条纹对应于Bi_0.75Sb_0.25六方相的(012)面。

2）Bi_0.75Sb_0.25阵列在钠存储方面表现出明显的电化学稳定性，在2.5 A g^-1的高倍率下保持了335 mAh g^-1的可逆容量，在2,000次循环中保持了87%的初始容量。

3）通过将Bi_0.75Sb_0.25阵列负极与Na₃V₂(PO₄)₃/C正极配对，进一步实现了Bi_0.75Sb_0.25阵列负极在钠全电池中的适用性。该全电池实现了203 Wh kg^-1的高比能量(基于两个有源电极)。

4）研究发现，这种性能的提高归功于带刺的榴莲状结构和双金属合金成分。金字塔尖端诱导离子富集以进行快速电荷转移反应，而合金设计可降低电极体积膨胀以实现稳定的钠循环。

Jiangfeng Ni, et al, Durian-Inspired Design of Bismuth-Antimony Alloy Arrays for Robust Sodium Storage, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c04366

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c04366