石墨烯基材料做電極材料有哪些機遇與挑戰(zhàn)

　　近年來,高性能電化學(xué)儲能裝置的需求量大幅上升,于是很多學(xué)者都開始投入到對更卓越電極材料的開發(fā)和研究中。在這方面，石墨烯基材料吸引了大量目光。由于能提升現(xiàn)有設(shè)備性能，并使下一代設(shè)備更實用，石墨烯基材料被看作是前景深遠的高性能電極材料。

　　碳材料廣泛應(yīng)用于不同的儲能設(shè)備，并發(fā)揮著非常重要的作用。然而，由于多孔碳材料和納米碳材料密度低，高碳含量電極的存儲密度也總是很低，因而造成體積能量密度低。

　　盡管石墨烯也面臨同樣問題，甚至情況更嚴(yán)重，但經(jīng)過石墨烯和電極結(jié)構(gòu)設(shè)計的可控組合，還是可以得到高密度石墨烯基電極。此外，在許多情況下，組裝的集成石墨烯基電極不含任何導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，因此能進一步幫助提升體積能量密度。

　　作為電化學(xué)儲能裝置的潛在電極材料，石墨烯具有許多其他傳統(tǒng)碳材料和納米碳材料所沒有的優(yōu)越性。石墨烯物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積大、導(dǎo)電性良好，對大多數(shù)電化學(xué)儲能裝置來說，它幾乎是一種完美材料。

　　此外，石墨烯的輸出性能也取得了很多令人矚目的進步：利用二維層狀結(jié)構(gòu)能構(gòu)建出各種三維結(jié)構(gòu)，還具備可調(diào)節(jié)的孔隙結(jié)構(gòu)。我們在論文中綜述了石墨烯基材料在液態(tài)鋰離子電池、鋰硫電池、鋰氧電池、NIB和SC等方面的應(yīng)用。我們研究發(fā)現(xiàn)，將石墨烯應(yīng)用于這些裝置，能大大提高其性能。

　　石墨烯的幾個顯著優(yōu)勢如下：

　　1.石墨烯在實際應(yīng)用于非碳材料時，是一種有利的碳基材。它應(yīng)用容易，比表面積大，使得在其表面實現(xiàn)其他活性成分的雜交和均勻散布更加容易，這也極大提高了這些成分的利用率。此外，利用石墨烯在兩個活性粒子甚至是整個電極間構(gòu)建互聯(lián)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也是輕而易舉。這樣的網(wǎng)絡(luò)有助于提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

　　2.通過在裝置中使用石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳材料，能實現(xiàn)高體積能量密度。石墨烯為高體積能量密度裝置的組裝提供了潛在解決方案。

　　3.柔性石墨烯有望制造柔性儲能裝置。使用石墨烯及其組件可以制備出具有高度柔韌性的集流體，為我們提供了一種取代脆性金屬集流體的方法。此外，利用石墨烯還能制備出集成柔性電極，有助于解決在反復(fù)彎曲過程中集流體活性材料分離的問題。