石墨烯在电池和超级电容器的应用前景

　　能量储存一直以来都是问题，随着可再生能源、电动汽车、智能手机、以及包括AppleWatch在内的可穿戴设备的出现，对于在更小体积内储存更多能量的需求越来越迫切。目前的能量密度极限使得电动汽车最多只能行驶几百英里，而智能手机的电池也很少能维持24小时。

　　纳米材料，特别是石墨烯，在能量储存领域已经引起了极大的关注。这种材料像许多纳米材料一样，具有很高的比表面积，意味着有能力储存大量的电荷，因此科学家对制备石墨烯基超级电容器和用于锂离子电池的石墨烯负极表现出了相当大的兴奋。

　　可穿戴设备（如AppleWatch）将刺激能储存更多能量的致密电池的需求。

　　石墨烯或是硅电池？

　　锂离子电池最大的问题之一是石墨负极上能够储存多少电荷。当电池充电时，锂嵌入到石墨中，放电时再被移除。然而，石墨的低容量导致负极只能存储大约150mAh/g（取决于正极的类型）。

　　研究人员一直在研究硅负极，试图将容量提高到前十年最佳容量的十倍，但进展一直受到两个因素的阻碍。

　　1.循环寿命差：伴随着吸收和释放锂离子，硅的体积变化高达400%，在循环过程中往往会产生粉碎性的破坏。这又导致电接触的损耗，甚至是硅颗粒和电极涂层的解体。

　　2.生产成本高：相比于石墨而言，大多数用于生产硅基负极的工艺都是使用昂贵的化学试剂、奇特的合成方法、或者是通常不适于批量生产的资本密集型工艺。

　　石墨烯笼子套住不稳定的硅

　　解决这一问题的方法之一就是将硅装入富勒烯、纳米管或纳米线笼子里。目前，XGSciences和加利福利亚LithiumBattery等公司正在开发石墨烯涂层硅，或者称之为“硅-石墨烯纳米复合负极材料”。

　　由于石墨烯纳米片（GNP）相对较短，并相互堆叠，使得涂层可渗透电解质，有助于捕获电活性颗粒。GNP层可容纳电化学循环过程中电活性颗粒的膨胀和收缩，而无电接触损耗或复合材料的机械降解。

　　电动汽车是高密度、快速充电电池的又一大需求市场。

　　这不是又一个“更好电池”的商业计划

　　当一种电池替代技术提出时，我通常的反应都是先运行一段时间看看。因为任何类型电池的构建都是一个复杂的过程，又有谁知道有多少公司为了生产高性能且可靠的电池，付出了比石墨烯多得多呢。然而，公司提供的，哪怕仅仅在价值链上前进了一丁点，也绝对是值得一看的。