超級(ji)電(dian)容器(qi)因其(qi)功(gong)率(lv)密度高、充放電時(shi)間短(duan)、循(xun)環壽(shou)命(ming)長的優點廣泛應用於儲能領(ling)域。大多(duo)數商(shang)用(yong)超級電容器使(shi)用多孔(kong)活(huo)性炭作(zuo)為(wei)儲(chu)能材(cai)料,重量電容(rong)密(mi)度(du)在(zai)100-200 F g1左右(you)。
為了(le)提高超(chao)級電容器的(de)能(neng)量密度,近年來對(dui)石墨烯(xi)電容材料展開(kai)了大(da)量的研究。雖然石(shi)墨烯的理(li)論(lun)電容密度可以高(gao)達550 F g1,但是(shi)在實(shi)際(ji)使用中(zhong),石墨(mo)烯納米片(pian)層(ceng)極易(yi)發生(sheng)再堆疊(die),減少(shao)可(ke)被電解(jie)質(zhi)離子吸附的麵(mian)積。目前大多數用於(yu)超級電容器的石墨烯材料(liao)的電容密度隻能達到100-270(水相電解質)或者70-120(有機(ji)相電解質)F g1。
避免石墨烯納米(mi)片層再堆疊的關鍵是破(po)壞(huai)它們(men)間(jian)的範(fan)德(de)華力。有(you)兩(liang)種(zhong)方法(fa)可以做到(dao):一是增(zeng)加(jia)納米片層間的物(wu)理距離(li),二是通(tong)過(guo)化學改性(xing)讓(rang)石墨烯片層相互(hu)排(pai)斥。但(dan)是這(zhe)兩種方(fang)法也同(tong)時帶來各(ge)種負麵的問題(ti)。物理分離會增加石墨烯片層間的空隙,減(jian)低材料的體(ti)積電容密度。化(hua)學改(gai)性通常需(xu)要引入含(han)氧(yang)功能團或是贗電容材料,這些都(dou)會降(jiang)低(di)電容器功率密度和循環(huan)壽命。
最(zui)近的研(yan)究顯示在石墨烯片層間添加納(na)米尺(chi)度的墊片(比(bi)如(ru):納米管,納米顆(ke)粒,長鏈(lian)有機分子,二維(wei)納米材料)可以部分(fen)解決再堆疊問(wen)題。但是目(mu)前還(hai)沒有最優的墊(dian)片選(xuan)擇(ze)。