完美的石墨烯具有非常好的性能, 因此石墨烯被认为在众多领域有非常好的应用. 但要想获得好的应用, 最重要的是在成本不高的情况下获取高质量的石墨烯. 石墨烯的制备有五种主要的方法, 其中化学剥离和化学气相沉积的方法可以控制总量, 成本相对来说可以节省.
石墨烯由于具有二维结构, 超薄的特点, 又具有高导电, 高力学性能, 大比表面积, 易功能化, 稳定性好等特征, 因而可以在电池或其他器件里得到比较好的应用. 它的应用方面包括活性物质, 导电网络, 催化剂, 界面材料, 基体材料等, 应用的器件也不仅限于锂离子电池等金属电池, 也包括超过电容器甚至柔性的储能器件.
以下是石墨烯目前的一些研究进展, 目前尚未到应用的层面:
第一, 在锂离子电池和超级电容器里面的应用. 首先石墨烯可作为金属集流体的涂层材料, 也可作为导电添加剂. 此外, 石墨可以做负极, 石墨烯是不是也可以? 经过研究发现石墨烯确实有很高的容量, 但是不可逆容量也很高, 应用效率很低, 因而很难使用石墨烯做负极. 但是石墨烯的高比表面积, 丰富的官能团也有可能作为另外一种应用, 就是与高容量材料进行复合或杂化, 在早期的时候就想到能否将石墨烯与氧化物进行复合, 利用石墨烯来抑制氧化物的团聚, 体积变化和石墨烯的再堆叠, 同时石墨烯也会形成很好的柔性的导电网络.
由于石墨烯有很多缺陷, 氧化物很容易在上面形成均匀的氧化颗粒, 从而提高性能和容量. 它的结构形式也多种多样, 合成也很简单, 就是石墨烯溶液, 将氧化物放进去, 氧化物很容易合成, 形成复合材料.
第二, 石墨烯在锂硫电池的应用, 目前这方面的研究很活跃. 面对着低含量和低硫担载量的问题, 石墨烯可以在改进锂硫电池方面发挥应用, 比如说限域或者是化学结合的方式, 也可以通过继承电极结构的方式进行相关的改进.
第三, 石墨烯在储能里面的可能应用. 石墨烯材料可用于各种不同的储能器件中, 也可以起不同的作用, 但是目前的研究发现, 好像没有能够做到充电八分钟跑一千公里的可能性.
