油炸石墨烯球可以制作出良好的电池材料

材料科学家通过将石墨烯氧化物液滴喷射到热溶剂中来制造圆形的，类似绒球的石墨烯微粒-类似于油炸的过程（Chem.Mater.2014，DOI：10.1021/cm5034244）。研究人员说，这项技术可以提供一种简单，通用的方法来制造电池和超级电容器的电极材料，可能会导致设备具有更高的能量和功率密度。

科学家们希望在电极中使用石墨烯，因为它具有出色的导电性，稳定性和高表面积。然而，标准石墨烯生产方法产生聚集或堆叠的薄膜，减少表面积并使材料难以加工。

为了利用材料的电气和机械性能，同时保持其高表面积，研究人员最近尝试创建三维石墨烯结构。几个小组制造了石墨烯泡沫和气凝胶。但这些不适合用于电极，因为它们太笨重且不规则，并且它们的碳材料密度低，韩国首尔延世大学的材料科学家Sang-HoonPark说。其他一些团体使用三维模板和技术（如化学气相沉积和冷冻干燥）制造了体积较小的石墨烯纳米球和微球。

Park和他的同事们，包括延世大学的Kwang-BumKim和韩国陶瓷工程技术研究所的KwangChulRoh决定采取第二条路线。然而，虽然其他人制造的球体看起来像空心球或一团皱巴巴的纸，但韩国队的球体类似于绒球：它们含有从中心向外辐射的石墨烯纳米片。Park说，这种排列增加了石墨烯的暴露表面积，并形成了可以增强电荷转移的开放式纳米通道。

研究人员简单地通过超声波喷嘴通过氧化石墨烯薄片的水悬浮液，超声波喷嘴使用声波将悬浮液破碎成微滴。他们将液滴向下喷射到160℃的有机溶剂和抗坏血酸（还原剂）的混合物中。

在热混合物中，氧化石墨烯还原成石墨烯片，然后聚集在一起。液滴中的水蒸发并向液滴表面逸出。“我们相信，这种水的快速蒸发是造成石墨烯纳米片径向向外排列的原因，”Park说。5微米直径的石墨烯微球从溶液中沉淀出来，研究人员将它们过滤掉。

该团队还从硅纳米颗粒和氧化石墨烯的悬浮液开始制造负载硅的石墨烯颗粒。硅是一种很有前途的锂离子电池阳极材料，因为它具有很高的电荷存储容量，但由此制成的阳极在充电和放电过程中会膨胀和变形。将其封装在碳支架中克服了这个问题。

为了测试仅石墨烯的球体，研究人员制造了1到1厘米的电极和材料浆料。他们将电极和另一个由未组装的石墨烯片制成的电极浸入硫酸电解液中。微球电极的电容为151法拉/克，而普通石墨烯电极的电容为118弗/克，这表明颗粒的3-D结构改善了性能。

中国科学技术大学的化学家和纳米科学家Yu-HongYu表示，pom-pom石墨烯电极的电容虽然令人印象深刻，但与用3D石墨烯材料制成的其他电极相当。但这种油炸技术使这项工作变得新颖而重要。与其他制造3D石墨烯的方法相比，它“直接，简单，更容易扩展到工业应用”，他说。另一个关键优点是该方法允许功能性纳米颗粒直接被捕获到微球中以形成纳米复合材料。