石墨烯電化學(xué)儲(chǔ)能的基本理論

　　從電化學(xué)角度來講，石墨烯在儲(chǔ)能器件中所起的作用主要有四種：一種是石墨烯不參與電化學(xué)反應(yīng)，僅僅通過與電解液形成雙電層作用來存儲(chǔ)電荷，提高電容效果，這種情況主要出現(xiàn)在超級(jí)電容器中。

　　另一種則是與活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生法拉第電流，并為電化學(xué)反應(yīng)的生成物提供存儲(chǔ)場(chǎng)所，如鋰離子電池等，或者雖然不發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，但是可以通過與生成物相互作用而將其固定，同樣提供存儲(chǔ)場(chǎng)所，如鋰硫電池。

　　同時(shí)，石墨烯還可以為電化學(xué)反應(yīng)提供催化效果，降低電化學(xué)反應(yīng)所需的能量勢(shì)壘,如ORR等;還有一種則是利用自身導(dǎo)電性提高電極的電導(dǎo)率，降低充放電過程中的歐姆電阻。本文主要圍繞前面三種作用展開。

　　石墨烯在儲(chǔ)能體系中的電化學(xué)行為與其電子結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。正確認(rèn)識(shí)其電子結(jié)構(gòu)將是更好利用石墨烯材料的有效前提，并且也可以為具體應(yīng)用領(lǐng)域中石墨烯材料的電子結(jié)構(gòu)調(diào)整提供指導(dǎo)思路。

　　石墨烯電子結(jié)構(gòu)特征

　　1.石墨烯及其缺陷類型

　　石墨烯屬于由雙原子基點(diǎn)組成的三角布拉維點(diǎn)陣。由于相鄰的兩個(gè)碳原子位置不等同，石墨烯晶格可以分為兩個(gè)亞點(diǎn)陣，每個(gè)亞點(diǎn)陣都是三角布拉維格子。相鄰兩個(gè)C原子的間距為0.142nm,鍵角為120°，與分子苯中的數(shù)值相同。平面內(nèi)部C原子通過三個(gè)σ相互相連，在垂直平面上碳原子的pz軌道形成離域的π鍵。圖1給出了石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖。