浙江大學(xué)高分子系高超教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)高質(zhì)量石墨烯設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)“缺陷度、堆疊度、片層連續(xù)度”，提出了一種可量化生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯粉體的方法：以商業(yè)化的氧化石墨烯溶液為原料，通過(guò)噴霧干燥-高溫還原兩步法即可完成高質(zhì)量石墨烯微花的制備。

近日，《先進(jìn)能源材料》（AdvancedEnergyMaterials）刊發(fā)浙江大學(xué)高分子系高超教授團(tuán)隊(duì)使用商業(yè)化的氧化石墨烯為原料，設(shè)計(jì)制備出高質(zhì)量石墨烯微花電極材料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)及研究成果。該論文題為“High-QualityGrapheneMicroflowerDesignforHigh-PerformanceLiCSandAl-IonBatteries”。

近年來(lái),高性能電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的需求量大幅上升,于是很多學(xué)者都開(kāi)始投入到對(duì)更卓越電極材料的開(kāi)發(fā)和研究中。在這方面，石墨烯基材料吸引了大量目光。由于能提升現(xiàn)有設(shè)備性能，并使下一代設(shè)備更實(shí)用，石墨烯基材料被看作是前景深遠(yuǎn)的高性能電極材料。

作為電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的潛在電極材料，石墨烯具有許多其他傳統(tǒng)碳材料和納米碳材料所沒(méi)有的優(yōu)越性。石墨烯物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積大、導(dǎo)電性良好，對(duì)大多數(shù)電化學(xué)儲(chǔ)能裝置來(lái)說(shuō)，它幾乎是一種完美材料。

石墨烯具有高導(dǎo)電性、高比表面積、二維連續(xù)結(jié)構(gòu)等特性，可以有效提高多種電化學(xué)儲(chǔ)能材料的性能（如硅負(fù)級(jí)，鋰過(guò)渡金屬氧化物正極，硫正極，鋰金屬負(fù)極及空氣正極等）。但目前石墨烯在應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域時(shí)仍有一些問(wèn)題。如，化學(xué)氣相沉積法可有效制備低缺陷的單層石墨烯，但在材料的產(chǎn)量及成本控制方面難以滿足能源領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的需求；而化學(xué)剝離法及機(jī)械剝離法雖然在產(chǎn)量和成本上具有一定優(yōu)勢(shì)，但在石墨烯的質(zhì)量方面有所欠缺，從而限制了石墨烯基電極材料的電化學(xué)性能。因此，需要發(fā)展一種低成本可量產(chǎn)制備高質(zhì)量石墨烯的新策略。

研究團(tuán)隊(duì)使用商業(yè)化的氧化石墨烯為原料不僅保證其低廉的成本和公斤級(jí)的生產(chǎn)能力，也保證了石墨烯微花在亞微米級(jí)尺寸的連續(xù)性。高溫?zé)徇€原修復(fù)了石墨烯原子晶格中的缺陷，有效提高了材料的電導(dǎo)率。而石墨烯微花中的納米級(jí)褶皺抑制了高溫還原帶來(lái)的片層重新堆疊的效應(yīng)，最終形成了平均四層的寡層亂堆疊石墨烯結(jié)構(gòu)。與致密的多層AB堆疊石墨結(jié)構(gòu)相比，這種寡層堆疊結(jié)構(gòu)非常有利于電解質(zhì)的浸潤(rùn)和活性物質(zhì)的均勻分布。與目前常用于提高石墨烯基電極性能的雜原子摻雜方法相比，該種無(wú)缺陷石墨烯的制備方法在可控性和重復(fù)性上更有優(yōu)勢(shì)。此外作為一種粉體材料，這種石墨烯微花可直接采用傳統(tǒng)的商業(yè)化電極涂覆工藝，有利于將來(lái)的大規(guī)模電池裝配。

當(dāng)應(yīng)用于鋰硫電池時(shí)，高質(zhì)量的石墨烯微花-硫復(fù)合物的電化學(xué)性能超出常用石墨烯-硫復(fù)合物，最高達(dá)到5.2mAhcm-2的面積比容量。這是因?yàn)槭┚Ц竦男迯?fù)大幅提高了材料的電導(dǎo)率，從而更好地發(fā)揮不導(dǎo)電的活性物質(zhì)硫的容量。同時(shí)石墨烯微花中寡層堆疊的石墨烯片可有效促進(jìn)納米級(jí)硫顆粒在石墨烯片上的均勻分布；其獨(dú)特的褶皺結(jié)構(gòu)可起到抑制聚硫離子溶解的作用，從而有效提高硫正極的容量及保持率。

當(dāng)用作鋁離子電池的正極時(shí)，高質(zhì)量的石墨烯微花粉末同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，超出同類石墨/石墨烯基粉末及塊體材料：在0.1-20Ag-1的電流密度下，正極比容量穩(wěn)定維持在100mAhg-1左右；可在18秒內(nèi)充滿電，循環(huán)5000次后沒(méi)有容量損失。這些優(yōu)異的電化學(xué)性能均得益于高質(zhì)量石墨烯設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)：無(wú)缺陷的石墨烯晶格提供了更多的活性位點(diǎn)和更高的電導(dǎo)率，寡層堆疊的石墨烯結(jié)構(gòu)有利于電解液的浸潤(rùn)和離子傳輸，而亞微米級(jí)二維連續(xù)的石墨烯片降低了電極電阻。

盡管石墨烯基材料在電化學(xué)儲(chǔ)能裝置(EESDs)應(yīng)用中具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)際應(yīng)用目前尚未得到充分實(shí)現(xiàn)，并且還存在一些嚴(yán)重問(wèn)題。正是這些亟待解決的問(wèn)題，導(dǎo)致石墨烯基材料目前在很多實(shí)際應(yīng)用中受到阻礙。要解決現(xiàn)有挑戰(zhàn)，還需要通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究等方式，付出更多努力。相信未來(lái)幾年內(nèi)，石墨烯基材料的實(shí)際應(yīng)用將會(huì)取得進(jìn)一步突破，推動(dòng)能源存儲(chǔ)裝置實(shí)現(xiàn)革命性進(jìn)展。相關(guān)論文全文發(fā)表在Adv.EnergyMater.Volume7,Issue14,July19,2017（DOI:10.1002/aenm.201700051）上。