石墨烯電化學(xue)儲能的基本理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲能器件中所起(qi)的作用(yong)主要有四種：一種是(shi)石墨烯不(bu)參與(yu)電化學反(fan)應，僅(jin)僅(jin)通(tong)過與(yu)電解液(ye)形成雙電層作用(yong)來(lai)存儲電荷，提高電容效果，這種情況主要出現在超級電容器中。

　　另一(yi)種則是與活性物質發生電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)，通過電(dian)子轉移(yi)而產生法(fa)拉第電(dian)流，并為電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)的(de)生成物提供存(cun)(cun)儲(chu)場(chang)所(suo)，如鋰(li)(li)離子電(dian)池等(deng)，或者(zhe)雖然(ran)不(bu)發生電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應(ying)，但(dan)是可以通過與生成物相(xiang)互作用而將其固定，同樣提供存(cun)(cun)儲(chu)場(chang)所(suo)，如鋰(li)(li)硫電(dian)池。

　　同時，石墨烯還(huan)可以為電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反(fan)(fan)應(ying)提供催化(hua)效果(guo)，降(jiang)低(di)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反(fan)(fan)應(ying)所需的(de)(de)能量勢壘,如ORR等;還(huan)有一種則是利用自(zi)身導電(dian)(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)導率，降(jiang)低(di)充放電(dian)(dian)(dian)過程中的(de)(de)歐姆電(dian)(dian)(dian)阻(zu)。本文主要圍繞前面三種作用展開。

　　石(shi)墨烯在儲能(neng)體系中的(de)(de)電化學行為與其電子結構息(xi)息(xi)相關(guan)。正(zheng)確認(ren)識其電子結構將是更好(hao)利用(yong)石(shi)墨烯材(cai)料的(de)(de)有(you)效前(qian)提(ti)，并且也可以為具體應(ying)用(yong)領域中石(shi)墨烯材(cai)料的(de)(de)電子結構調整提(ti)供指導思(si)路(lu)。

　　石墨(mo)烯(xi)電(dian)子(zi)結構特(te)征

　　1.石墨烯及(ji)其缺陷類型(xing)

　　石墨烯屬于由(you)雙原(yuan)子(zi)(zi)基點(dian)組成的(de)三角布拉維(wei)點(dian)陣。由(you)于相鄰的(de)兩個碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)位置不等同，石(shi)墨烯晶(jing)格(ge)(ge)可以分為兩個亞點(dian)陣，每個亞點(dian)陣都是三角布拉維(wei)格(ge)(ge)子(zi)(zi)。相鄰兩個C原(yuan)子(zi)(zi)的(de)間距為0.142nm,鍵(jian)角為120°，與分子(zi)(zi)苯中的(de)數值相同。平面(mian)內部(bu)C原(yuan)子(zi)(zi)通過三個σ相互相連，在垂直平面(mian)上碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)pz軌(gui)道形成離域的(de)π鍵(jian)。圖1給出了石(shi)墨烯的(de)結構示意(yi)圖。