石墨烯電化學儲能的基本(ben)理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在(zai)儲(chu)能器件中所起的作(zuo)(zuo)用(yong)主要有四種(zhong)(zhong)：一種(zhong)(zhong)是(shi)石墨(mo)烯(xi)不參與(yu)電(dian)化學反(fan)應，僅僅通過與(yu)電(dian)解(jie)液形成雙(shuang)電(dian)層作(zuo)(zuo)用(yong)來存儲(chu)電(dian)荷，提高電(dian)容效果(guo)，這種(zhong)(zhong)情況主要出現在(zai)超級電(dian)容器中。

　　另一(yi)種則是與活性物質發(fa)生(sheng)電化學(xue)反應，通過(guo)電子(zi)(zi)轉(zhuan)移而(er)產生(sheng)法拉第(di)電流，并(bing)為(wei)電化學(xue)反應的(de)生(sheng)成(cheng)物提(ti)供(gong)(gong)存儲場所，如(ru)鋰(li)離子(zi)(zi)電池(chi)等，或者(zhe)雖然不(bu)發(fa)生(sheng)電化學(xue)反應，但是可以通過(guo)與生(sheng)成(cheng)物相互作用(yong)而(er)將其固定，同樣(yang)提(ti)供(gong)(gong)存儲場所，如(ru)鋰(li)硫電池(chi)。

　　同時，石墨烯還可以(yi)為(wei)電(dian)(dian)化學反應(ying)提供催化效果，降(jiang)低電(dian)(dian)化學反應(ying)所需的能(neng)量勢壘,如ORR等;還有一種則(ze)是(shi)利(li)用(yong)自身導電(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)極的電(dian)(dian)導率，降(jiang)低充放電(dian)(dian)過程中的歐姆電(dian)(dian)阻。本文主要圍繞前面三(san)種作用(yong)展開。

　　石(shi)墨烯(xi)在儲能(neng)體系(xi)中的電(dian)化(hua)學行為與(yu)其電(dian)子(zi)結(jie)構息息相關(guan)。正確(que)認識其電(dian)子(zi)結(jie)構將是更好利用石(shi)墨烯(xi)材料(liao)的有效前提(ti)(ti)，并(bing)且也可以為具體應用領域中石(shi)墨烯(xi)材料(liao)的電(dian)子(zi)結(jie)構調整提(ti)(ti)供指導思路。

　　石墨烯電子(zi)結構特征

　　1.石墨(mo)烯及其缺陷類(lei)型

　　石墨烯屬于由(you)雙原子(zi)(zi)基點組成的三角布拉維點陣。由(you)于相(xiang)鄰的兩個碳(tan)原子(zi)(zi)位置不等同，石墨烯(xi)晶格可以分為兩個亞點陣，每個亞點陣都是三角布拉維格子(zi)(zi)。相(xiang)鄰兩個C原子(zi)(zi)的間距為0.142nm,鍵(jian)角為120°，與分子(zi)(zi)苯中的數(shu)值(zhi)相(xiang)同。平面內部C原子(zi)(zi)通過三個σ相(xiang)互相(xiang)連，在垂(chui)直平面上碳(tan)原子(zi)(zi)的pz軌道形成離域的π鍵(jian)。圖(tu)1給(gei)出了石墨烯(xi)的結構(gou)示意圖(tu)。