Sb和Bi等金屬具有容量大、反應電位低等特點，是鈉離子電池重要的負極材料。然而，鈉儲存時應力和應變的積累會導致裂紋和斷裂的形成，從而導致電極在長時間循環時失效。

蘇州大學倪江鋒、李亮等報道了具有成分梯度的Bi_xSb_1-x雙金屬合金薄膜的設計和構造，以減輕固有的結構不穩定性。

圖1 FEA模擬雙金屬合金薄膜固溶體或梯度結構中的應力分布

這種梯度Bi_0.33Sb_0.67(G- Bi_0.33Sb_0.67)薄膜是通過控制電沉積具有不同Bi:Sb比率的溶液來制備的。Bi和Sb濃度的梯度變化呈現在從薄膜底部到頂部的垂直方向上，頂部富含Sb的高容量成分，貢獻了大部分容量，而底部富含低容量Bi，有助于降低薄膜與基板之間的界面應力。有限元分析（FEA）證實，與Bi_0.33Sb_0.67(S- Bi_0.33Sb_0.67)的固溶體相比，梯度設計顯著降低了鈉化時電極膜內產生的應力。

圖2 雙金屬合金薄膜的儲鈉性能

值得注意的是，G- Bi_0.33Sb_0.67薄膜在2 C下的容量約為500 mAh g^-1，經過1000次循環后仍維持初始容量的82%，大大優于固溶體對應物和許多報道的合金負極。此外，梯度膜還表現出優異的倍率性能，在10 C的高倍率下可提供319 mAh g^-1。

值得注意的是，這種膜還具有6.8 g cm^-3的高堆積密度，這對于微電池為微電子器件供電至關重要且獨一無二。這種梯度設計可以為設計由于儲能時體積變化巨大而結構不穩定的高容量負極材料開辟了可能性。

圖3 電化學循環中電極演化的比較

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