石墨烯在锂系二次电池中的应用:进展与展望

能源危机和环境污染不断加剧,开发绿色、高效的电化学储能器件迫在眉睫。由于锂具有很高的能量密度,锂系二次电池包括锂离子电池、锂硫电池和锂空电池等得到广泛研究和快速发展;而碳基材料是锂系二次电池重要的电极材料和关键组分。石墨烯是"至柔至薄"的碳基材料,良好的力学、热学、电学性能以及高比表面积和柔性片状的结构特征使其在锂系二次电池中展示出很大的应用潜力;作为其它sp2杂化碳基材料的基本结构单元,石墨烯的出现也为构建高性能的新型碳电极材料提供了契机。评述了不同结构形貌的石墨烯基材料在锂系二次电池中的研究进展,并对目前存在的问题和下一步的工作方向进行了分析与展望。

石墨烯的组装和织构调控:碳功能材料的液相制备方法

石墨烯是sp2杂化碳质材料的基本结构单元,为构筑具有特定结构和功能的碳质材料带来新的契机.通过石墨烯/氧化石墨烯的液相组装和组装体织构的二次调控可以实现新颖碳功能材料的可控制备,这种液相制备方法实现了碳结构单元在溶液相直接自组装构建固相碳质材料.相比较而言,碳功能材料制备的经典方法,如固相炭化方法侧重于材料宏观尺度的结构和形态调控(如炭纤维),气相沉积方法长于在微观层面实现材料结构控制(如碳纳米管);而这种基于石墨烯自组装的液相制备方法架起了从微观到宏观的桥梁,实现了材料介观织构的精确构建.结合本课题组近年来的研究工作,本文对与石墨烯相关的液相结构组装和组装体织构调控方面的研究进展进行了简要评述和前景展望,并着重介绍了几种新颖的石墨烯基多孔碳功能材料.

致密储能--石墨烯用于超级电容器的机遇和展望

碳纳米储能材料发展迅速,质量容量性能不断刷新。但通常碳纳米材料的密度较低,导致其体积比容量有限,在很多时候很难将材料水平上的优异性能反映到最终的器件上。发展高体积能量密度储能材料,在器件水平上实现致密储能,对推动储能材料和器件的实用化至关重要。作为其它sp^2碳质材料的基本结构单元和一种柔性二维材料,石墨烯通过组装可以实现纳米结构致密化,在致密储能方面具有先天优势。本文以石墨烯在超级电容器中的应用为主,分别从材料、电极、器件3个层次讨论了实用化储能器件的设计原则,梳理了高体积能量密度碳基储能材料的研究进展,重点介绍了高体积容量碳电极材料的致密化设计理念,强调了从器件角度考虑储能材料设计的重要性,并对致密储能面临的机遇和挑战作了分析。