为什么石墨烯电池是石墨烯技术应用的第一步

石墨烯是目前在科技界最为流行的一种高性能材料，单层原子的厚度和各种优良性能，使它在各行各业都具有极高的应用潜力。从导电材料到电磁再到纤维，跨越26个领域的石墨烯，可以说是目前世界上最薄也是最坚硬的材料，从神奇的石墨烯纸片到快速充电电池再到石墨烯导电塑料、石墨烯屏蔽线、石墨烯地热片、石墨烯柔性手机、石墨烯碳纤维、石墨烯导热膜，更有可能替代硅，制造未来新一代超级计算机。但是我们相信石墨烯的潜力远不止这些。

三款技术应用产品同步亮相，包括石墨烯充电宝、用于柔性屏手机上的石墨烯固态薄膜电池、降温效果提升6倍而成本降至1/3的石墨烯导热涂料。

从前的充电宝都OUT了！分分钟充满，性能无损耗的才是真爱

现在人们使用的各种充电电池，每次用完之后都要花很久的时间来充电。新型石墨烯电池，新电池是由多层石墨烯片加在一起组成了这种大容量电池。该电池循环使用的时候不会有明显的性能损失，更重要的是，这种电池可以在几分钟之内充满。

新电池可以直接替换智能手机、平板、电动汽车里面的锂电池。石墨烯的出现给电池一个新的方向，对比传统电池，其使用寿命和对环境的污染方面也完全击败了传统电池。

近年来，高性能电化学储能装置的需求量大幅上升，于是很多学者都开始投入到对更卓越电极材料的开发和研究中。在这方面，石墨烯基材料吸引了大量目光。由于能提升现有设备性能，并使下一代设备更实用，石墨烯基材料被看作是前景深远的高性能电极材料。

碳材料广泛应用于不同的储能设备，并发挥着非常重要的作用。然而，由于多孔碳材料和纳米碳材料密度低，高碳含量电极的存储密度也总是很低，因而造成体积能量密度低。

尽管石墨烯也面临同样问题，甚至情况更严重，但经过石墨烯和电极结构设计的可控组合，还是可以得到高密度石墨烯基电极。此外，在许多情况下，组装的集成石墨烯基电极不含任何导电剂和粘结剂，因此能进一步帮助提升体积能量密度。

作为电化学储能装置的潜在电极材料，石墨烯具有许多其他传统碳材料和纳米碳材料所没有的优越性。石墨烯物理结构稳定、比表面积大、导电性良好，对大多数电化学储能装置来说，它几乎是一种完美材料。

此外，石墨烯的输出性能也取得了很多令人瞩目的进步：利用二维层状结构能构建出各种三维结构，还具备可调节的孔隙结构。我们在论文中综述了石墨烯基材料在液态锂离子电池、锂硫电池、锂氧电池、NIB和SC等方面的应用。我们研究发现，将石墨烯应用于这些装置，能大大提高其性能。

石墨烯的几个显著优势如下：

1.石墨烯在实际应用于非碳材料时，是一种有利的碳基材。它应用容易，比表面积大，使得在其表面实现其他活性成分的杂交和均匀散布更加容易，这也极大提高了这些成分的利用率。此外，利用石墨烯在两个活性粒子甚至是整个电极间构建互联的导电网络也是轻而易举。这样的网络有助于提高电极的循环稳定性。

2.通过在装置中使用石墨烯代替传统碳材料，能实现高体积能量密度。石墨烯为高体积能量密度装置的组装提供了潜在解决方案。

3.柔性石墨烯有望制造柔性储能装置。使用石墨烯及其组件可以制备出具有高度柔韧性的集流体，为我们提供了一种取代脆性金属集流体的方法。此外，利用石墨烯还能制备出集成柔性电极，有助于解决在反复弯曲过程中集流体活性材料分离的问题。

除了以上几点，石墨烯相较于传统碳材料还具有多种优越性能，可能有助于促进各种新型电池系统的实际应用。新近研究报告指出，高能室温钠硫电池通过碳/硫复合材料作为电极。我们可以预料，石墨烯可以进一步帮助提升这类电池的性能。还有研究发现，石墨烯基复合材料可作为锌空气电池的高效电催化剂。在种种结果之上，我们不难看出，石墨烯在未来能源储存装置应用中的巨大潜力。

尽管石墨烯基材料在电化学储能装置（EESDs）应用中具有诸多优点，其实际应用目前尚未得到充分实现，并且还存在一些严重问题。正是这些亟待解决的问题，导致石墨烯基材料目前在很多实际应用中受到阻碍。要解决现有挑战，还需要通过理论计算和实验研究等方式，付出更多努力。相信未来几年内，石墨烯基材料的实际应用将会取得进一步突破，推动能源存储装置实现革命性进展。