石墨烯電(dian)化學儲能的(de)基本理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲能器件中(zhong)所(suo)起的作(zuo)用主要有(you)四種：一種是(shi)石(shi)墨烯不參與(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(zuo)用來存儲電(dian)(dian)(dian)荷，提高電(dian)(dian)(dian)容效果(guo)，這種情況(kuang)主要出現在超(chao)級電(dian)(dian)(dian)容器中(zhong)。

　　另一種則是與活性物(wu)質發生(sheng)電(dian)(dian)化學反應(ying)，通(tong)過電(dian)(dian)子轉移而(er)產(chan)生(sheng)法拉第(di)電(dian)(dian)流，并為電(dian)(dian)化學反應(ying)的生(sheng)成(cheng)物(wu)提供存儲(chu)場(chang)所(suo)，如鋰離子電(dian)(dian)池(chi)等，或者(zhe)雖然不(bu)發生(sheng)電(dian)(dian)化學反應(ying)，但(dan)是可(ke)以通(tong)過與生(sheng)成(cheng)物(wu)相(xiang)互作用(yong)而(er)將其固定，同樣提供存儲(chu)場(chang)所(suo)，如鋰硫電(dian)(dian)池(chi)。

　　同時，石墨烯還可以(yi)為電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應提供催化(hua)效果，降(jiang)低電(dian)(dian)化(hua)學反(fan)應所需的(de)能量勢壘,如ORR等(deng);還有一種(zhong)則是利用自身(shen)導(dao)電(dian)(dian)性提高電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)導(dao)率，降(jiang)低充放電(dian)(dian)過程中的(de)歐姆電(dian)(dian)阻。本文主要圍繞(rao)前面三種(zhong)作(zuo)用展(zhan)開。

　　石墨烯在(zai)儲能體系(xi)中(zhong)的電化學行為與其電子(zi)(zi)結構息(xi)息(xi)相關。正(zheng)確認識其電子(zi)(zi)結構將是更(geng)好利用(yong)石墨烯材(cai)料的有效前提，并且也可以為具(ju)體應用(yong)領域中(zhong)石墨烯材(cai)料的電子(zi)(zi)結構調整提供指導思路。

　　石(shi)墨烯電子結構特征

　　1.石墨烯及其缺陷類型

　　石墨烯屬于由雙(shuang)原(yuan)子(zi)(zi)基點(dian)組成的(de)(de)(de)(de)三(san)角(jiao)布拉維(wei)點(dian)陣(zhen)。由于相鄰的(de)(de)(de)(de)兩個(ge)碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)位置(zhi)不等同，石(shi)墨(mo)烯晶格(ge)可以分(fen)為兩個(ge)亞點(dian)陣(zhen)，每個(ge)亞點(dian)陣(zhen)都是三(san)角(jiao)布拉維(wei)格(ge)子(zi)(zi)。相鄰兩個(ge)C原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)間(jian)距為0.142nm,鍵角(jiao)為120°，與分(fen)子(zi)(zi)苯中的(de)(de)(de)(de)數值相同。平面內部C原(yuan)子(zi)(zi)通(tong)過(guo)三(san)個(ge)σ相互相連，在垂直平面上碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)pz軌(gui)道(dao)形(xing)成離域的(de)(de)(de)(de)π鍵。圖1給出了(le)石(shi)墨(mo)烯的(de)(de)(de)(de)結構示意圖。