近日，山东大学物质创制与能量转换科学研究中心李玉良院士、李国兴教授在石墨炔基快速充电电池方面取得新进展，相关研究成果以“Gradient Graphdiyne Induced Copper and Oxygen Vacancies in Cu_0.95V₂O₅Anodes for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries”为题发表在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。山东大学为该论文的第一完成单位。

空位对于材料的物理和化学性质具有重要的影响，因此空位的引入和调控在众多领域（能源、电催化、光催化等）得到了广泛的关注。通过空位工程来提高金属氧化物在能源储存和转换中的性能是近年来研究的热点。鉴于此，物质创制与能量转换科学研究中心李玉良院士、李国兴教授利用含铜金属氧化物自催化石墨炔生长构筑了梯度石墨炔诱导富含Cu/O双空位的Cu_0.95V₂O₅@GDY异质结构材料，该材料展现出优异的快充性能，作为负极材料可实现高性能快速充电锂离子电池。

Cu_0.95V₂O₅可自催化石墨炔的生长，同时产生大量的Cu和O空位。金属离子和炔键之间的强相互作用使得生长的石墨炔呈现内层为烯炔复合物，外层为炔键的梯度石墨炔状态，具有从外向内孔径逐渐扩张的特征，有利于离子在石墨炔层中的快速传输。Cu和O空位增强了Cu_0.95V₂O₅@GDY体相的离子传输动力学，并增加了锂存储位点。空位和梯度石墨炔的协同作用使得电子在异质界面上重新分布，产生内置电场，进一步增强了锂离子扩散动力学，提高了电化学反应的可逆性。最终Cu_0.95V₂O₅@GDY负极展现出优异的快速充电性能，在5 A g^-1和10 A g^-1的高电流密度下，分别循环10,000次和20,000次容量衰减可忽略不计。35秒内可充电超过30%的容量。Cu_0.95V₂O₅@GDY||NCM811全电池具有非常稳定的循环性能，在3 C（1C=200 mA g^-1）快速充电条件下循环1000次后容量保持率为80.1%。研究结果表明其性能显著优于许多已报道的快充负极材料。

该工作提出了全新的空位构筑及调控方法，为合理设计具有丰富空位和扩展离子传输通道的高性能快速充电锂离子电池负极材料提供了新的思路和策略。

上述工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东大学双一流建设经费等多个项目资助。