石墨烯在电化学储能过程中的应用

石墨烯电化学储能的基本理论

　　从电化学角度来讲，石墨烯在储能器件中所起的作用主要有四种：一种是石墨烯不参与电化学反应，仅仅通过与电解液形成双电层作用来存储电荷，提高电容效果，这种情况主要出现在超级电容器中。

　　另一种则是与活性物质发生电化学反应，通过电子转移而产生法拉第电流，并为电化学反应的生成物提供存储场所，如锂离子电池等，或者虽然不发生电化学反应，但是可以通过与生成物相互作用而将其固定，同样提供存储场所，如锂硫电池。

　　同时，石墨烯还可以为电化学反应提供催化效果，降低电化学反应所需的能量势垒,如ORR等;还有一种则是利用自身导电性提高电极的电导率，降低充放电过程中的欧姆电阻。本文主要围绕前面三种作用展开。

　　石墨烯在储能体系中的电化学行为与其电子结构息息相关。正确认识其电子结构将是更好利用石墨烯材料的有效前提，并且也可以为具体应用领域中石墨烯材料的电子结构调整提供指导思路。

　　石墨烯电子结构特征

　　1.石墨烯及其缺陷类型

　　石墨烯属于由双原子基点组成的三角布拉维点阵。由于相邻的两个碳原子位置不等同，石墨烯晶格可以分为两个亚点阵，每个亚点阵都是三角布拉维格子。相邻两个C原子的间距为0.142nm,键角为120°，与分子苯中的数值相同。平面内部C原子通过三个σ相互相连，在垂直平面上碳原子的pz轨道形成离域的π键。图1给出了石墨烯的结构示意图。