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)能器件中所(suo)起的(de)作用(yong)主(zhu)要有四種：一種是石(shi)墨烯不參與(yu)電(dian)化學(xue)反應，僅(jin)僅(jin)通(tong)過與(yu)電(dian)解液形成雙電(dian)層作用(yong)來存儲(chu)電(dian)荷，提高電(dian)容效果，這種情(qing)況主(zhu)要出現在超(chao)級(ji)電(dian)容器中。

　　另一(yi)種則是與活性物(wu)質發(fa)生電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)，通(tong)(tong)過電(dian)(dian)(dian)子轉移而(er)產生法拉第電(dian)(dian)(dian)流，并為電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)的生成物(wu)提供(gong)存(cun)儲場(chang)所(suo)，如鋰離子電(dian)(dian)(dian)池等，或者雖然(ran)不發(fa)生電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)，但是可以(yi)通(tong)(tong)過與生成物(wu)相互作用而(er)將其(qi)固定(ding)，同樣提供(gong)存(cun)儲場(chang)所(suo)，如鋰硫電(dian)(dian)(dian)池。

　　同時，石墨烯還可以為電(dian)(dian)化學反應提供催化效果，降低電(dian)(dian)化學反應所(suo)需的能量勢(shi)壘,如ORR等;還有(you)一種(zhong)則是利用自身(shen)導電(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)極的電(dian)(dian)導率，降低充放電(dian)(dian)過程(cheng)中的歐姆電(dian)(dian)阻。本文主要圍(wei)繞前面三種(zhong)作用展開。

　　石墨烯在儲能體(ti)系中(zhong)的(de)(de)電(dian)化學行為與其電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)息(xi)(xi)息(xi)(xi)相(xiang)關(guan)。正(zheng)確認識其電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)將是更好利用(yong)石墨烯材料的(de)(de)有效前提，并且(qie)也可以為具體(ti)應用(yong)領域中(zhong)石墨烯材料的(de)(de)電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)調整提供指導思路。

　　石墨烯電(dian)子(zi)結構(gou)特征

　　1.石墨烯及其缺陷類型(xing)

　　石墨烯屬(shu)于由雙原(yuan)子(zi)(zi)(zi)基點組成的三角布(bu)拉(la)維點陣(zhen)(zhen)。由于相(xiang)鄰的兩(liang)個(ge)碳原(yuan)子(zi)(zi)(zi)位置不(bu)等同，石墨烯晶格(ge)(ge)可(ke)以分為兩(liang)個(ge)亞(ya)點陣(zhen)(zhen)，每個(ge)亞(ya)點陣(zhen)(zhen)都是三角布(bu)拉(la)維格(ge)(ge)子(zi)(zi)(zi)。相(xiang)鄰兩(liang)個(ge)C原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的間(jian)距為0.142nm,鍵角為120°，與分子(zi)(zi)(zi)苯中的數值相(xiang)同。平面內部C原(yuan)子(zi)(zi)(zi)通過(guo)三個(ge)σ相(xiang)互相(xiang)連，在垂直平面上碳原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的pz軌道(dao)形成離域的π鍵。圖1給出(chu)了石墨烯的結構(gou)示意(yi)圖。