28.6秒！锂电大牛、院士领衔！张桥保/刘同超，发表JACS！

具有高体积容量的快速充电和长效微结构合金化负极的开发对于提高钠离子电池（SIBs）的运行效率至关重要，然而这些负极面临着诸如循环性能和倍率性能下降等挑战，这主要是由于显著的体积变化（超过252%）所导致的机械性能退化以及钠离子存储的缓慢动力学。

在此，厦门大学张桥保，美国阿贡国家实验室刘同超、Khalil Amine院士等人引入了一种新型负极设计。具体而言，该负极具有高振实密度（2.59 g cm^-3）的碳微球内高负载的Bi负极拥有超过590 MPa的显著机械强度，并且在钠化后体积膨胀仅限制在10.9%。

此外，该种负极展现出高体积容量（908.3 mAh cm^-3）、超快充电能力（200 A g^-1，仅需5.5秒即可完成完全充放电）以及超过12,000次循环的出色循环性能，并且在-30 °C时仍能保持优异的循环稳定性。与Na₃V₂(PO₄)₃正极配对的全电池在36 C下循环600次后仍能保持超过80%的容量且展现出126 C的卓越倍率性能（28.6秒即可完成完全充放电）。

图1. 钠离子传输特性表征

总之，该工作通过简单的溶剂热反应及后续煅烧，开发了一种独特的多尺度Bi@碳微球复合材料。该复合材料的多尺度结构，结合NaPF₆-二甘醇二甲醚电解质，展现出卓越的钠离子存储能力，在半电池和全电池配置中均呈现出显著的容量、长期循环稳定性以及快充能力。原位和非原位分析，以及力学模拟表明，Bi纳米颗粒的紧密堆积促进了电子和离子的快速传输，最大限度地提高了其利用率。

此外，在循环过程中形成的3D纳米多孔Bi结构减轻了体积变化，并确保了钠离子的持续传输。因此，该项工作为合理开发钠离子电池及其他电池技术所需的高性能、耐用且具有非凡机械强度的合金型阳极提供了关键见解。

图2. 与Na₃V₂(PO₄)₃（NVP）匹配后的全电池电化学性能

Mechanically Robust Bismuth-Embedded Carbon Microspheres for Ultrafast Charging and Ultrastable Sodium-Ion Batteries, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c09824

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