日前，中國科學(xué)院電工研究所馬衍偉研究團(tuán)隊在石墨烯量化制備及高性能石墨烯基超級電容器方面取得進(jìn)展，提出以二氧化碳為原料，采用自蔓延高溫合成技術(shù)，成功實現(xiàn)了兼具高導(dǎo)電性和高比表面積石墨烯粉體的快速、綠色、低成本制備。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials， 2017， 1604690），并申請了國家發(fā)明專利和PCT專利。
圖1．自蔓延高溫合成制備石墨烯流程示意圖
石墨烯是近年來備受各國重視的新型材料，但是高品質(zhì)石墨烯的工業(yè)化大規(guī)模制備一直是世界性難題。目前，石墨烯粉體規(guī)?；苽涞募夹g(shù)路線主要基于膨脹石墨剝離法和氧化石墨還原法，但是前者通常得到的是低比表面積的多層石墨片，而后者制備的石墨烯由于殘留的氧官能基團(tuán)和結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致低導(dǎo)電性，嚴(yán)重制約了石墨烯的潛在應(yīng)用。
針對上述問題，該團(tuán)隊采用二氧化碳為原料，金屬鎂粉為還原劑，納米氧化鎂為模板劑，通過鎂粉在二氧化碳?xì)夥罩凶月尤紵绞?，成功制備出富含介孔結(jié)構(gòu)的石墨烯，如圖1所示。目前所制的石墨烯電導(dǎo)率高達(dá)13000 S／m，比表面積為709 m2／g，綜合性能優(yōu)異，并在離子液體電解液中表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學(xué)性能?；陔姌O材料的比電容高達(dá)244 F／g，能量密度高達(dá)136 Wh／kg，功率密度高達(dá)1000 kW／kg，循環(huán)100萬周后，容量保持率仍大于90％，如圖2所示。該石墨烯制備方法反應(yīng)過程耗時短、環(huán)境友好、成本低、易于工業(yè)化推廣，將有力促進(jìn)石墨烯在超級電容器等儲能領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。
圖2．石墨烯基超級電容器的能量／功率性能和循環(huán)壽命
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