完美的石墨烯具有非常好的性能, 因此石墨烯被認為在眾多領域有非常好的應用. 但要想獲得好的應用, 最重要的是在成本不高的情況下獲取高質量的石墨烯. 石墨烯的製備有五種主要的方法, 其中化學剝離和化學氣相沉積的方法可以控制總量, 成本相對來說可以節省.
石墨烯由於具有二維結構, 超薄的特點, 又具有高導電, 高力學性能, 大比表面積, 易功能化, 穩定性好等特徵, 因而可以在電池或其他器件裡得到比較好的應用. 它的應用方麵包括活性物質, 導電網路, 催化劑, 界面材料, 基體材料等, 應用的器件也不僅限於鋰離子電池等金屬電池, 也包括超過電容器甚至柔性的儲能器件.
以下是石墨烯目前的一些研究進展, 目前尚未到應用的層面:
第一, 在鋰離子電池和超級電容器裡面的應用. 首先石墨烯可作為金屬集流體的塗層材料, 也可作為導電添加劑. 此外, 石墨可以做負極, 石墨烯是不是也可以? 經過研究發現石墨烯確實有很高的容量, 但是不可逆容量也很高, 應用效率很低, 因而很難使用石墨烯做負極. 但是石墨烯的高比表面積, 豐富的官能團也有可能作為另外一種應用, 就是與高容量材料進行複合或雜化, 在早期的時候就想到能否將石墨烯與氧化物進行複合, 利用石墨烯來抑制氧化物的團聚, 體積變化和石墨烯的再堆疊, 同時石墨烯也會形成很好的柔性的導電網路.
由於石墨烯有很多缺陷, 氧化物很容易在上面形成均勻的氧化顆粒, 從而提高性能和容量. 它的結構形式也多種多樣, 合成也很簡單, 就是石墨烯溶液, 將氧化物放進去, 氧化物很容易合成, 形成複合材料.
第二, 石墨烯在鋰硫電池的應用, 目前這方面的研究很活躍. 面對著低含量和低硫擔載量的問題, 石墨烯可以在改進鋰硫電池方面發揮應用, 比如說限域或者是化學結合的方式, 也可以通過繼承電極結構的方式進行相關的改進.
第三, 石墨烯在儲能裡面的可能應用. 石墨烯材料可用於各種不同的儲能器件中, 也可以起不同的作用, 但是目前的研究發現, 好像沒有能夠做到充電八分鐘跑一千公裡的可能性.
