长程有序膨胀石墨的超高容量钠存储机制解析与性能突破

为解决天然石墨层间距窄导致钠离子(Na+)嵌入困难的问题，研究人员通过分步氧化和高温微结构调控技术合成具有长程有序结构的膨胀石墨(EFG)。研究发现其有序结构比扩大层间距更能降低Na+迁移能垒，结合原位表征技术揭示了吸附-嵌入-孔隙填充的赝电容主导机制。EFG-600°C 1h材料在300次循环后仍保持518.0 mAh g?1的超高容量，组装的EFG//Na2NiFeMnO6全电池在1200次循环后能量密度达154.4 Wh kg?1，性能超越所有已报道膨胀石墨。

　　

天然石墨狭窄的层间距严重制约着钠离子电池(SIBs)的性能表现，就像拥挤的楼梯间阻碍行人快速通行。科研人员创新性地采用"分步氧化+高温微结构调控"的组合拳，将大鳞片石墨改造成具有长程有序结构的膨胀石墨(EFG)。有趣的是，密度泛函理论(DFT)计算显示，这种有序排列的晶体结构比单纯扩大层间距更能有效降低Na⁺的迁移能垒——好比为钠离子开辟了高速公路而非仅仅拓宽乡间小路。

通过原位X射线衍射(in situ XRD)和原位拉曼光谱(in situ Raman)这些"分子显微镜"，研究者捕捉到钠离子独特的"三步走"存储行为：先吸附在表面，再嵌入层间，最后填充孔隙。更令人振奋的是，²³Na魔角旋转核磁共振(MAS NMR)技术像高精度扫描仪般证实了该过程的赝电容主导特性。

经过600°C热处理1小时的EFG材料展现出惊人的"耐力赛"表现：在200 mA g^?1电流密度下连续工作300次后，仍保持518.0 mAh g^?1的容量记录。当与Na₂NiFeMnO₆正极组队参赛时，这对黄金搭档在2000 mA g^?1的高强度工况下完成1200次循环，能量密度依然高达154.4 Wh kg^?1，刷新了膨胀石墨基钠电系统的性能天花板。这项研究不仅解码了长程有序结构的储钠密码，更为设计下一代高性能储能材料提供了全新路线图。