石墨烯材料是否可以用于电化学储能装置？

1简介

     电化学储能设备（EESDs），如锂离子电池（LIBs）、锂-硫（Li-S）电池和超级电容器（SCs）等因为电动汽车和可再生能源行业的迅猛发展近年来引起了人们的高度重视。尽管过去几十年来EESDs取得了重大进展，但能源密度、功率密度和运用寿命依然难以满足要求。随着可穿戴式电子设备的快速发展，迫切需要研发灵敏、轻便、高能量密度的EESDs。到现在为止，研究者们在规划和制备具有特定结构、组成和形态的先进电极资料来提高EESD的功能方面现已做出了很大尽力。石墨烯是六面体的同素异形体碳和具有代表性的单原子厚度的二维（2D）资料，为了开发其电子、光电子、催化的潜力、储能和感应使用，在过去的十年里它的制备现已促成了大量的研究工作。它呈现出独特的性质，与石墨的三维（3D）彻底不同，它具有独立的2D性质。

     因为其独特的高外表积结构（理论比外表积（SSA）为2630 m2/g）、柔性、机械强度高、化学稳定性好、导电性和导热性优秀等特色，因而被认为是用于储能使用理想的资料。此外，其纳米片结构的形态学长处，如高度可及的外表和暴露的活性位点和快速的反响动力学，也有助于电化学能量储存，发生高能量和功率密度。它的灵敏性也使得它有期望用于EESDs，既可用作活性资料，也可用作集电器。

2用于EESDS的石墨烯性质和制备方法

    石墨烯是具有2D结构的碳的结晶同素异形体。 实验结果表明，室温下石墨烯中的电子迁移率超过15000cm2/V s，而空穴迁移率几乎相同。石墨烯中的电子即便在室温下也能够掩盖微米间隔，而不会分散。它也具有比银低得多的电阻率，石墨烯还具有优异的光学、机械和热功能。对于真空中的原子单层具有高的不透明度，可吸收πα≈2.3％的红光，其间α是微结构常数。它是高强度的资料，其本征拉伸强度为130GPa，杨氏模量为1TPa。

    近年来，高功能电化学储能设备的需求大幅度增加，研究人员投入了大量的精力用于开发先进的电极资料。因为能够提高现在运用设备（例如锂离子电池和超级电容器）的功能，而且使得下一代设备锂硫电池、锂离子电池和钠离子电池更加实用，因而具有高功能的石墨烯电极资料现已引起了高度重视。

    清华大学深圳研究生院的杨全红教授和康飞宇教授（共同通讯）、吕伟老师（第一作者）等人总结了现在在上述设备中石墨烯资料的用处，并论说了其进展。另外，还评论了石墨烯在高功能电极资料制备和器材装备中的机遇，更重要的是石墨烯在这些器材中的实际使用的挑战。 最终，还简要评论了未来石墨烯资料的前景和或许的打破。上述内容以题为“Graphene-based materials for electrochemical energy storage devices: Opportunities and challenges”宣布在了Energy Storage Materials上。