石墨烯電化(hua)學儲能的基本理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲(chu)能器件中(zhong)所起的作用主要(yao)有四(si)種：一(yi)種是(shi)石墨烯不參(can)與電化學反應，僅僅通過與電解液(ye)形成雙電層作用來存儲(chu)電荷，提高電容(rong)效果，這種情況主要(yao)出現在超級電容(rong)器中(zhong)。

　　另一種(zhong)則(ze)是與活性物(wu)(wu)質發(fa)生(sheng)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應，通過(guo)電(dian)(dian)(dian)子(zi)轉移(yi)而產生(sheng)法拉第(di)電(dian)(dian)(dian)流(liu)，并為電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應的(de)生(sheng)成物(wu)(wu)提供存儲(chu)(chu)場(chang)所，如鋰離子(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)等，或者雖然不發(fa)生(sheng)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應，但是可以通過(guo)與生(sheng)成物(wu)(wu)相互(hu)作用而將其固定，同樣提供存儲(chu)(chu)場(chang)所，如鋰硫(liu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)。

　　同時，石墨烯還可以為電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應(ying)提供(gong)催化(hua)效果，降低電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應(ying)所(suo)需(xu)的(de)能量勢壘,如ORR等;還有一種(zhong)則是利用(yong)自身導電(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)導率，降低充(chong)放電(dian)(dian)過程中(zhong)的(de)歐(ou)姆電(dian)(dian)阻。本文主要(yao)圍繞前(qian)面(mian)三種(zhong)作(zuo)用(yong)展開。

　　石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯在儲能體(ti)系中的(de)(de)電(dian)化學行為與其電(dian)子(zi)結構息(xi)息(xi)相關。正確認識其電(dian)子(zi)結構將是更好利用石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯材料的(de)(de)有效前提，并且也可(ke)以為具(ju)體(ti)應(ying)用領域(yu)中石(shi)墨(mo)(mo)(mo)烯材料的(de)(de)電(dian)子(zi)結構調(diao)整提供指導思路。

　　石墨烯(xi)電子結(jie)構特征(zheng)

　　1.石墨烯及(ji)其缺陷類型

　　石墨烯屬(shu)于由(you)雙原子基點(dian)組成(cheng)的(de)(de)(de)三(san)角(jiao)布拉維點(dian)陣(zhen)。由(you)于相(xiang)(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)(de)兩個(ge)碳原子位置(zhi)不等同(tong)，石(shi)墨烯晶格可以分為(wei)兩個(ge)亞點(dian)陣(zhen)，每個(ge)亞點(dian)陣(zhen)都是三(san)角(jiao)布拉維格子。相(xiang)(xiang)(xiang)鄰兩個(ge)C原子的(de)(de)(de)間距(ju)為(wei)0.142nm,鍵角(jiao)為(wei)120°，與分子苯中的(de)(de)(de)數值相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)。平(ping)面(mian)內部C原子通過三(san)個(ge)σ相(xiang)(xiang)(xiang)互相(xiang)(xiang)(xiang)連，在垂直平(ping)面(mian)上碳原子的(de)(de)(de)pz軌道形(xing)成(cheng)離域的(de)(de)(de)π鍵。圖(tu)1給出了石(shi)墨烯的(de)(de)(de)結(jie)構示意圖(tu)。