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石墨烯在化学电源中的应用研究进展

2012-06-29刘兴江

电源技术 2012年9期
关键词:化学

宗 军,刘兴江,2

(1.天津大学化工学院,天津 300072;2.中国电子科技集团公司第十八研究所化学与物理电源重点实验室,天津 300384)

“石墨烯”这个概念在1986年首次被人们提出[1],并于2004年被成功制备[2],如图1所示。它是由sp2杂化的碳原子构成的单层薄膜,是典型的二维碳材料,与石墨、富勒烯、碳纳米管有着很深的渊源;因其具有超大的比表面积(2630 m2/g)、良好的导电性(电子运动速度v电子=1/300v光)等[2-4]特性而被证明在电子、能源、医学等领域具有广泛的应用前景,发现该材料的人也因此获得了诺贝尔奖。而为寻求更优的方法来制备优良的石墨烯材料,一直是石墨烯材料的一个研究热点,一些较为成熟的方法将在本文中进行介绍。

图1 石墨烯的结构与其它sp2杂化碳材料的渊源[3]

此外,在能源和环境问题日益突出的现代社会,发展可再生能源和电动车已经成为各国关心的问题,而先进储能技术毫无疑问已经成为亟需解决的世界性问题。新型储能电源因其高效、实用、“绿色”等特点[4]而在储能装置中占有突出地位,而如此优良的碳材料(石墨烯)也必将会在各种新型储能电源中发挥其作用。目前,石墨烯在新型化学电源的应用相当广泛,在此主要介绍其在燃料电池、锂电池、电化学电容器等方面应用的一些进展。

1 石墨烯的制备

目前,石墨烯的制备主要通过石墨的机械劈裂法[2,5-6]、石墨插层法[7-9]、氧化石墨的后处理法[10-13]以及化学气相沉积法[14-18]等来实现。名称上的迥异同样能体现出原理上的差别,前三种方法都是以石墨为原料来获取石墨烯片层,而获取的具体方法则不同;……

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