材料科學(xué)家通過(guò)將石墨烯氧化物液滴噴射到熱溶劑中來(lái)制造圓形的，類似絨球的石墨烯微粒-類似于油炸的過(guò)程（Chem.Mater.2014，DOI：10.1021/cm5034244）。研究人員說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)可以提供一種簡(jiǎn)單，通用的方法來(lái)制造電池和超級(jí)電容器的電極材料，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備具有更高的能量和功率密度。

科學(xué)家們希望在電極中使用石墨烯，因?yàn)樗哂谐錾膶?dǎo)電性，穩(wěn)定性和高表面積。然而，標(biāo)準(zhǔn)石墨烯生產(chǎn)方法產(chǎn)生聚集或堆疊的薄膜，減少表面積并使材料難以加工。

為了利用材料的電氣和機(jī)械性能，同時(shí)保持其高表面積，研究人員最近嘗試創(chuàng)建三維石墨烯結(jié)構(gòu)。幾個(gè)小組制造了石墨烯泡沫和氣凝膠。但這些不適合用于電極，因?yàn)樗鼈兲恐厍也灰?guī)則，并且它們的碳材料密度低，韓國(guó)首爾延世大學(xué)的材料科學(xué)家Sang-HoonPark說(shuō)。其他一些團(tuán)體使用三維模板和技術(shù)（如化學(xué)氣相沉積和冷凍干燥）制造了體積較小的石墨烯納米球和微球。

Park和他的同事們，包括延世大學(xué)的Kwang-BumKim和韓國(guó)陶瓷工程技術(shù)研究所的KwangChulRoh決定采取第二條路線。然而，雖然其他人制造的球體看起來(lái)像空心球或一團(tuán)皺巴巴的紙，但韓國(guó)隊(duì)的球體類似于絨球：它們含有從中心向外輻射的石墨烯納米片。Park說(shuō)，這種排列增加了石墨烯的暴露表面積，并形成了可以增強(qiáng)電荷轉(zhuǎn)移的開放式納米通道。

研究人員簡(jiǎn)單地通過(guò)超聲波噴嘴通過(guò)氧化石墨烯薄片的水懸浮液，超聲波噴嘴使用聲波將懸浮液破碎成微滴。他們將液滴向下噴射到160℃的有機(jī)溶劑和抗壞血酸（還原劑）的混合物中。

在熱混合物中，氧化石墨烯還原成石墨烯片，然后聚集在一起。液滴中的水蒸發(fā)并向液滴表面逸出?！拔覀兿嘈?，這種水的快速蒸發(fā)是造成石墨烯納米片徑向向外排列的原因，”Park說(shuō)。5微米直徑的石墨烯微球從溶液中沉淀出來(lái)，研究人員將它們過(guò)濾掉。

該團(tuán)隊(duì)還從硅納米顆粒和氧化石墨烯的懸浮液開始制造負(fù)載硅的石墨烯顆粒。硅是一種很有前途的鋰離子電池陽(yáng)極材料，因?yàn)樗哂泻芨叩碾姾纱鎯?chǔ)容量，但由此制成的陽(yáng)極在充電和放電過(guò)程中會(huì)膨脹和變形。將其封裝在碳支架中克服了這個(gè)問(wèn)題。

為了測(cè)試僅石墨烯的球體，研究人員制造了1到1厘米的電極和材料漿料。他們將電極和另一個(gè)由未組裝的石墨烯片制成的電極浸入硫酸電解液中。微球電極的電容為151法拉/克，而普通石墨烯電極的電容為118弗/克，這表明顆粒的3-D結(jié)構(gòu)改善了性能。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的化學(xué)家和納米科學(xué)家Yu-HongYu表示，pom-pom石墨烯電極的電容雖然令人印象深刻，但與用3D石墨烯材料制成的其他電極相當(dāng)。但這種油炸技術(shù)使這項(xiàng)工作變得新穎而重要。與其他制造3D石墨烯的方法相比，它“直接，簡(jiǎn)單，更容易擴(kuò)展到工業(yè)應(yīng)用”，他說(shuō)。另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是該方法允許功能性納米顆粒直接被捕獲到微球中以形成納米復(fù)合材料。