石墨烯電化學儲能的基本理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲(chu)能(neng)器件中所起的作用主要有(you)四種：一種是石墨烯不參(can)與(yu)電(dian)(dian)(dian)化學反應，僅僅通過與(yu)電(dian)(dian)(dian)解液形成雙電(dian)(dian)(dian)層作用來存(cun)儲(chu)電(dian)(dian)(dian)荷，提高電(dian)(dian)(dian)容(rong)效果，這種情(qing)況主要出(chu)現在超級電(dian)(dian)(dian)容(rong)器中。

　　另一種(zhong)則(ze)是(shi)與活性(xing)物質發生(sheng)電(dian)(dian)(dian)化學反應(ying)，通過(guo)電(dian)(dian)(dian)子轉移而產生(sheng)法拉第電(dian)(dian)(dian)流(liu)，并為(wei)電(dian)(dian)(dian)化學反應(ying)的生(sheng)成(cheng)物提供存儲(chu)(chu)場(chang)所，如鋰離(li)子電(dian)(dian)(dian)池等(deng)，或者雖(sui)然不發生(sheng)電(dian)(dian)(dian)化學反應(ying)，但(dan)是(shi)可以通過(guo)與生(sheng)成(cheng)物相(xiang)互作用(yong)而將其固(gu)定，同(tong)樣提供存儲(chu)(chu)場(chang)所，如鋰硫(liu)電(dian)(dian)(dian)池。

　　同時，石墨烯還(huan)可以為電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應提供催化(hua)效果，降(jiang)低(di)電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應所需的(de)能量勢壘,如ORR等(deng);還(huan)有一種則是(shi)利(li)用自(zi)身導電(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)導率，降(jiang)低(di)充放電(dian)(dian)過程(cheng)中的(de)歐(ou)姆電(dian)(dian)阻。本文主要圍繞(rao)前面三種作用展開。

　　石墨(mo)烯在儲能體(ti)系中的電(dian)化(hua)學行(xing)為與其電(dian)子(zi)(zi)結構(gou)(gou)息息相關。正(zheng)確認(ren)識其電(dian)子(zi)(zi)結構(gou)(gou)將是更好利用石墨(mo)烯材(cai)料的有效前提(ti)，并且(qie)也(ye)可以為具體(ti)應用領域中石墨(mo)烯材(cai)料的電(dian)子(zi)(zi)結構(gou)(gou)調整提(ti)供指導(dao)思(si)路。

　　石墨烯電(dian)子結(jie)構特征

　　1.石墨烯及其缺(que)陷類型

　　石墨烯屬于(yu)由(you)雙(shuang)原(yuan)子(zi)基點組成的(de)(de)三角布(bu)拉維(wei)點陣(zhen)。由(you)于(yu)相(xiang)(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)兩(liang)個(ge)碳(tan)原(yuan)子(zi)位置不(bu)等同，石墨(mo)烯(xi)晶(jing)格可以分為兩(liang)個(ge)亞點陣(zhen)，每個(ge)亞點陣(zhen)都是三角布(bu)拉維(wei)格子(zi)。相(xiang)(xiang)(xiang)鄰兩(liang)個(ge)C原(yuan)子(zi)的(de)(de)間距(ju)為0.142nm,鍵角為120°，與分子(zi)苯中(zhong)的(de)(de)數值相(xiang)(xiang)(xiang)同。平面(mian)內部C原(yuan)子(zi)通過(guo)三個(ge)σ相(xiang)(xiang)(xiang)互相(xiang)(xiang)(xiang)連，在垂直平面(mian)上碳(tan)原(yuan)子(zi)的(de)(de)pz軌道形成離域的(de)(de)π鍵。圖1給(gei)出了石墨(mo)烯(xi)的(de)(de)結構(gou)示意圖。