近日，吉林大学材料科学与工程学院蒋青、杨春成教授团队系统评述了铋基材料作为高性能低温快充钠离子电池负极的研究进展、面临挑战及未来发展方向，为开发适用于极端环境的下一代储能器件提供了重要理论支撑和设计思路。相关研究成果以“Bi: A rising star for low-temperature fast-charging sodium-ion batteries”为题，于2025年6月20日在线发表于材料科学领域的顶级综述期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》。

在能源存储需求日益增长的当下，低温环境下电动汽车的推广，以及极地与深海探测等特殊场景，均对电池的低温性能提出了更高要求。相比锂离子电池，钠离子电池因钠离子斯托克斯半径更小、去溶剂化能更低等本征优势，在宽温域适应性方面展现出巨大潜力。在众多负极材料中，铋基材料凭借储量丰富、环境友好、适中反应电位和高理论容量的优势脱颖而出。尤为关键的是，其在合金化过程中形成的高导电中间相、赝电容行为主导的快速电荷存储机制，以及醚基电解液诱导的结构自优化，共同构成了铋基负极在低温快充应用中的独特优势。

然而，铋基材料在低温应用中仍面临固态扩散缓慢、电解液离子电导率下降、钠离子去溶剂化动力学迟缓等挑战，其体积膨胀问题也亟待解决。论文提出通过电解质工程、电极结构设计和电化学活化等策略提升铋基负极低温快充性能。此外，应用先进的表征技术结合理论计算，为揭示铋基负极在充放电过程中的相变、结构演化及界面化学提供了关键支撑。

此外，论文还展望了铋基材料从实验室迈向产业化的路径，指出需重点攻克规模化可控制备、全电池系统性能优化以及建立极端条件下的标准化评价体系等核心挑战。论文强调结合原位低温表征技术和机器学习等数据驱动策略，深入探究超低温下的界面离子行为、相变过程和衰减机制，将加速高性能电解质与电极材料的智能设计与筛选，推动钠离子电池在严苛环境中的大规模应用。

吉林大学博士生白捷为论文第一作者，吉林大学张红研究员、杨春成和蒋青教授为论文通讯作者。该工作得到了吉林省科技发展计划项目和国家自然科学基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.101056