2026年7月6日，上海交通大学材料科学与工程学院、张江高等研究院未来材料创制中心黄富强教授、董武杰副研究员团队在《Advanced Materials》在线发表题为“Dual-Structural-Unit Designed Bismuth Titanium Oxides: −70 to 80 °C Ultra-Wide Temperature Adaptability and 24,000-Cycle Stability for High-Rate Sodium-ion Storage”的研究成果。该研究提出了一种面向合金型钠离子电池负极的“双结构单元”设计策略，将高容量Bi储钠单元化学集成于具有快速Na⁺传输能力和良好机械稳定性的Ti–O主体框架中，并通过氧空位工程进一步提升材料的电子电导率与反应动力学。实验结果表明，优化后的Bi₄Ti₃O_12−x负极在0.5C储钠比容量达到330 mAh g⁻¹且具有适中的电压平台~0.5 V，在150 C和250 C超高倍率下仍可分别提供132和70 mAh g⁻¹的可逆容量，并能够在−70至80 °C的超宽温度范围内工作；在室温20 C和−40 °C、5 C条件下循环约24000次后，容量保持率分别达到约97%和61%。该工作揭示了稳定框架限域下部分可逆转化—合金化储钠机制，为解决合金型负极体积膨胀、动力学迟缓及极端温度适应性不足等问题提供了新的材料设计思路。

该研究通过“双结构单元”协同设计，成功开发了一种兼具高容量储钠中心、稳定传输框架和丰富氧空位的Bi₄Ti₃O_12−x负极材料。该材料将Bi基单元作为高容量储钠中心，将Ti–O网络作为快速Na⁺传输和机械支撑框架，并通过溶胶–凝胶法调控颗粒尺寸与形貌，结合低温氢气退火引入氧空位，从晶体结构和电子结构层面为离子与电子快速传输奠定了基础。该设计有效缓冲了Bi合金化过程中的巨大体积变化，并显著提升材料的电子电导率、Na⁺扩散能力和反应可逆性，解决了传统铋基合金负极倍率性能、循环稳定性及宽温适应能力难以兼顾的问题。

上海交通大学材料科学与工程学院、张江高等研究院黄富强教授和董武杰副研究员、以及南京工业大学材料科学与工程学院杨浩副教授为论文通讯作者，陈龙卿为论文第一作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科学技术委员会、江苏高校优势学科建设工程等项目资助。