用于电化学储能装置的石墨烯材料：机遇与挑战-第4页-北极星储能网

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4.2石墨烯材料用于Li-O2电池

Li-O2电池是另一种潜在的下一代储能装置，可满足汽车中电池的需求。在实际的Li-O2电池中，多孔空气电极通常用作阴极，Li金属作为阳极。Li+与多孔电极中的氧直接反应，这提供了大大增加的理论比能（约3500Wh/kg）。

图15多孔石墨烯和Ru官能化纳米多孔石墨烯结构的合成方案

目前，碳材料（包括其缺陷、孔结构和表面化学）对ORR和OER以及电池性能的影响尚未得到明确证实。因此，石墨烯的作用难以识别，这阻碍了Li-O2电池的开发和使用。

4.3用于钠离子电池（NIB）的石墨烯材料

作为LIB的低成本替代品，NIB由于钠的高丰富度和低成本以及其与标准氢气相比非常合适的氧化还原电位，已经引起了近年来的高度关注，其仅比锂的高0.3V，并且与Li有类似的插层化学。虽然在NIB中使用石墨烯材料已经有了很大的进展，但仍然存在一些挑战。与许多硬碳、中空碳球和生物质衍生的碳相比，纯石墨烯用作阳极时具有相对较低的容量。为了通过在电解质和电极之间产生更好的接触来提高容量以及提高速率能力，石墨烯材料的表面积较大。然而，由于更突出的SEI层的形成，大的表面积降低了第一周期CE。

图16石墨和石墨烯的结构及钠离子在其中的分布

5SCs中的石墨烯材料

SCs也称为超级电容器，通过两种机制存储电化学能：（i）双电层电容（EDLC）和（ii）赝电容。EDLC由于电解质离子在活性材料上的静电可逆吸附而存储能量，达到高电容的关键是使用具有大比表面积和高电导率的电极。另一方面，赝电容通过可逆的法拉第反应使用金属氧化物和导电聚合物作为电极来储存能量。在赝电容的情况下，由于电化学反应过程缓慢和所用材料的低导电性，尽管它们的能量密度相对于EDLCs相对较高，但循环稳定性和速率能力远远低于EDLC。

图17柔性SSG薄膜

图18微型SC的制造程序的图示

图19高密度石墨烯凝胶膜柔性的图片

6总结与展望

碳材料广泛应用于不同的储能装置，起着非常重要的作用。然而，由于多孔碳和纳米碳的密度低，所以具有高碳含量的电极总是具有低的堆积密度，因此体积能量密度低。值得注意的是，尽管石墨烯也面临相同的问题，在石墨烯和电极结构设计的可控组装之后，可以获得高密度的基于石墨烯的电极。此外，在许多情况下，组装的基于石墨烯的集成电极不含导电添加剂和粘合剂，这可进一步有助于提高体积能量密度。因此，需要更多的努力来解决现有的挑战。这是现阶段大多数研究的重中之重，石墨烯材料实际使用中进一步突破能源储存装置的发展将在未来几年内实现。

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