石墨在锂离子电池负极市场占据主导地位，但面临关键瓶颈——其理论容量仅约372 mAh g−1，难以满足高能量密度储能站的需求。本文，桂林电子科技大学隋欣梦 助理研究员、大连理工大学黄昊 教授等在《Energy》期刊发表名为“In-situ construction of impurity-free defective graphene nanosheets as high-performance lithium-ion battery anodes”的论文，研究通过高电流脉冲电子束（HCPEB）直接照射（脉冲宽度约2 μs），成功制备出具有大量缺陷的新型石墨烯纳米片。该结构源于石墨在高温下瞬间内部膨胀。作为负极材料时，缺陷石墨烯纳米片在0.2C倍率下经100次循环仍能提供450.5 mAh g−1的容量，并可实现超过500次循环且容量衰减轻微，同时保持高倍率性能。第一性原理计算与实验结果证实，这种独特结构能协同调控锂离子传输动力学并提升储锂效率。通过Stone−Wales和divacancy缺陷的协同作用及表面调控机制，实现了超越LiC6的超额储锂能力。
图1. (a) Schematic diagrams of high current pulsed electron beam (HCPEB) facility and electron beam modified graphite, (b) the amplification image of the worktop part in diagram a and (c) power allocation graph on the basis the HCPEB penetration width of target.
综上所述，通过在块状石墨中进行一步法HCPEB直接辐照，成功构建了具有缺陷的自支撑石墨烯纳米片。首次实现了石墨向嵌入缺陷的石墨烯纳米片原位可控转化，这得益于高温下石墨瞬时内部膨胀所引发的石墨层解离。该特殊结构不仅为锂存储提供了更多正位点，还成功协同调控了高电子迁移率与离子转换动力学。缺陷石墨烯纳米片在0.2C倍率下可提供450.5 mAh g⁻¹的容量，经百次循环后仍保持优异性能，在500次循环后仍展现出细微的容量衰减，作为锂离子电池的正极材料具有卓越的比活性。密度泛函理论（DFT）结果表明，具有单层（SW）和双层（DV）缺陷的石墨烯能有效促进锂吸附。其卓越的电化学性能源于强自支撑结构中切割多维空间带来的缺陷优势与外部效应。本研究在理论基础上为突破石墨容量极限提供了灵活路径，并从宏观微观层面深化了对缺陷石墨烯纳米结构增强储锂特性的基础认知。
文献：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139752
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