石墨烯電化學儲能的基本理論

　　從電化學角度來講，石墨烯在儲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反應，僅僅通過與電解液形成雙電層作用來存儲電荷，提高電容效果，這種情況主要出現在超級電容器中。

　　另一種則是與活性物質發生電化學反應，通過電子轉移而產生法拉第電流，并為電化學反應的生成物提供存儲場所，如鋰離子電池等，或者雖然不發生電化學反應，但是可以通過與生成物相互作用而將其固定，同樣提供存儲場所，如鋰硫電池。

　　同時，石墨烯還可以為電化學反應提供催化效果，降低電化學反應所需的能量勢壘,如ORR等;還有一種則是利用自身導電性提高電極的電導率，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。

　　石墨烯在儲能體系中的電化學行為與其電子結構息息相關。正確認識其電子結構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用領域中石墨烯材料的電子結構調整提供指導思路。

　　石墨烯電子結構特征

　　1.石墨烯及其缺陷類型

　　石墨烯屬于由雙原子基點組成的三角布拉維點陣。由于相鄰的兩個碳原子位置不等同，石墨烯晶格可以分為兩個亞點陣，每個亞點陣都是三角布拉維格子。相鄰兩個C原子的間距為0.142nm,鍵角為120°，與分子苯中的數值相同。平面內部C原子通過三個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給出了石墨烯的結構示意圖。