石墨烯電化學儲(chu)能的基本理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲能器(qi)件中(zhong)(zhong)所起的作用主(zhu)要有(you)四種：一種是(shi)石墨烯不參(can)與電化學反應，僅(jin)僅(jin)通過與電解液(ye)形成雙電層(ceng)作用來存儲電荷，提高電容效果，這種情況主(zhu)要出(chu)現在超級電容器(qi)中(zhong)(zhong)。

　　另一種則是與活性物(wu)質(zhi)發生(sheng)電(dian)(dian)化學反(fan)應(ying)，通(tong)過(guo)電(dian)(dian)子(zi)轉移而產(chan)生(sheng)法拉(la)第電(dian)(dian)流，并為電(dian)(dian)化學反(fan)應(ying)的生(sheng)成物(wu)提供存儲場所，如(ru)鋰離子(zi)電(dian)(dian)池等，或(huo)者雖然不發生(sheng)電(dian)(dian)化學反(fan)應(ying)，但是可以通(tong)過(guo)與生(sheng)成物(wu)相(xiang)互作用而將其固(gu)定(ding)，同樣提供存儲場所，如(ru)鋰硫電(dian)(dian)池。

　　同時，石墨烯還可以為(wei)電(dian)化學反(fan)應提供(gong)催(cui)化效果，降低(di)電(dian)化學反(fan)應所(suo)需(xu)的(de)能量勢壘,如ORR等;還有一種則是(shi)利用(yong)自身導電(dian)性提高電(dian)極的(de)電(dian)導率，降低(di)充放(fang)電(dian)過程中的(de)歐姆電(dian)阻。本文主要圍繞前面三種作用(yong)展(zhan)開。

　　石墨烯(xi)在儲能體系(xi)中的電化(hua)學行為與(yu)其(qi)電子結構(gou)息息相關。正確認識其(qi)電子結構(gou)將是更好(hao)利用石墨烯(xi)材料(liao)的有(you)效前提(ti)，并且也(ye)可以為具體應用領域中石墨烯(xi)材料(liao)的電子結構(gou)調(diao)整提(ti)供指導思(si)路(lu)。

　　石墨(mo)烯電子結構特征(zheng)

　　1.石墨烯及其缺陷類(lei)型

　　石墨烯屬于(yu)由雙原子(zi)基點(dian)(dian)組成的三角(jiao)布拉(la)維點(dian)(dian)陣(zhen)。由于(yu)相(xiang)鄰的兩個(ge)碳原子(zi)位置不等同(tong)，石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)晶(jing)格可以分為(wei)(wei)(wei)兩個(ge)亞點(dian)(dian)陣(zhen)，每個(ge)亞點(dian)(dian)陣(zhen)都是三角(jiao)布拉(la)維格子(zi)。相(xiang)鄰兩個(ge)C原子(zi)的間距為(wei)(wei)(wei)0.142nm,鍵(jian)角(jiao)為(wei)(wei)(wei)120°，與分子(zi)苯中的數值相(xiang)同(tong)。平(ping)面內部C原子(zi)通(tong)過三個(ge)σ相(xiang)互相(xiang)連，在垂(chui)直(zhi)平(ping)面上碳原子(zi)的pz軌道形成離(li)域的π鍵(jian)。圖1給出(chu)了石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)的結構示意(yi)圖。