研究表明多孔石墨烯可提高存储容量

美国加利福尼亚大学圣迭戈分校(University of California, San Diego)工程师发现了一种可提高石墨烯(碳的二维化)储存电量的方法。该研究在线发表于最新一期的《纳米快报》(Nano Letters)期刊上，有望为提高应用于汽车、风力发电机、太阳能电池电容器储能容量提供更好的理解。

石墨烯中“锯齿”型和“扶手椅”型缺陷

电容器充放电速度很快，对于能量快且大突变的领域更加有用，例如闪光灯和发电厂。相比于电池的长充电时间，快速充放电的能力是一个明显的优势。然而，电容器的问题在于其储存的能量较电池少。

如何提高电容器的能量储存容量?加利福尼亚大学圣迭戈分校Jacobs工程系机械工程教授Prabhakar Bandaru利用石墨烯作为试验模型材料在电容器电极中引入更多的电荷。原理上就是增加电荷，导致电容提高，从而增加储能。

制造一个没有缺陷的完美碳纳米管结构，作为相应的失踪的碳原子孔，这几乎是不可能的。Bandaru实验室的研究人员指出了一个不同于避免缺陷的可行方法。

“动机式带电缺陷可能对能量储存会有帮助。”Bandaru说。

该团队采用了一种称之为氩离子(argon-ion)基等离子体处理的方法，用带正电的氩离子轰击石墨烯样品。处理过程中，石墨烯层中的碳原子被轰出，留下带正电的孔——带电缺陷。经氩等离子体处理的石墨烯样品将这种材料的电容提高了三倍。

“这表明可以通过引入带电缺陷，引入额外电容。我们还可以控制想要引入的带电缺陷类型。”该论文第一作者Bandaru教授研究团队研究生Rajaram Narayanan如是说。

利用拉曼光谱(Raman spectroscopy)和电化学测试，研究小组可以表征经氩等离子体处理引入石墨烯晶格的缺陷类型。结果表明这种称之为“手扶椅”和“锯齿”的可扩展缺陷是基于失踪的碳原子结构而形成的。

此外，电化学研究发现了一个测量电荷间距的新长度尺度。“这该新的长度尺度对电学应用将是很重要的，因为它能提供电气设备能够得到多小的一个基础。”Bandaru如是说。