能量?jī)?chǔ)存一直以來都是問題，隨著可再生能源、電動(dòng)汽車、智能手機(jī)、以及包括蘋果Apple Watch在內(nèi)的可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)，對(duì)于在更小體積內(nèi)儲(chǔ)存更多能量的需求越來越迫切。目前的能量密度極限使得電動(dòng)汽車最多只能行駛幾百英里，而智能手機(jī)的電池也很少能維持24小時(shí)。

　　納米材料，特別是石墨烯，在能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。這種材料像許多納米材料一樣，具有很高的比表面積，意味著有能力儲(chǔ)存大量的電荷，因此科學(xué)家對(duì)制備石墨烯基超級(jí)電容器和用于鋰離子電池的石墨烯負(fù)極表現(xiàn)出了相當(dāng)大的興奮。

　　石墨烯或是硅電池?

　　鋰離子電池最大的問題之一是石墨負(fù)極上能夠儲(chǔ)存多少電荷。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰嵌入到石墨中，放電時(shí)再被移除。然而，石墨的低容量導(dǎo)致負(fù)極只能存儲(chǔ)大約150 mAh/g(取決于正極的類型)。

　　研究人員一直在研究硅負(fù)極，試圖將容量提高到前十年最佳容量的十倍，但進(jìn)展一直受到兩個(gè)因素的阻礙。

　　1.循環(huán)壽命差：伴隨著吸收和釋放鋰離子，硅的體積變化高達(dá)400%，在循環(huán)過程中往往會(huì)產(chǎn)生粉碎性的破壞。這又導(dǎo)致電接觸的損耗，甚至是硅顆粒和電極涂層的解體。

　　2.生產(chǎn)成本高：相比于石墨而言，大多數(shù)用于生產(chǎn)硅基負(fù)極的工藝都是使用昂貴的化學(xué)試劑、奇特的合成方法、或者是通常不適于批量生產(chǎn)的資本密集型工藝。

　　石墨烯籠子套住不穩(wěn)定的硅

　　解決這一問題的方法之一就是將硅裝入富勒烯、納米管或納米線籠子里。目前，XG Sciences和加利福利亞Lithium Battery等公司正在開發(fā)石墨烯涂層硅，或者稱之為“硅-石墨烯納米復(fù)合負(fù)極材料”。

　　由于石墨烯納米片(GNP)相對(duì)較短，并相互堆疊，使得涂層可滲透電解質(zhì)，有助于捕獲電活性顆粒。GNP層可容納電化學(xué)循環(huán)過程中電活性顆粒的膨脹和收縮，而無電接觸損耗或復(fù)合材料的機(jī)械降解。　　

　　電動(dòng)汽車是高密度、快速充電電池的又一大需求市場(chǎng)

　　這不是又一個(gè)“更好電池”的商業(yè)計(jì)劃

　　當(dāng)一種電池替代技術(shù)提出時(shí)，我通常的反應(yīng)都是先運(yùn)行一段時(shí)間看看。因?yàn)槿魏晤愋碗姵氐臉?gòu)建都是一個(gè)復(fù)雜的過程，又有誰知道有多少公司為了生產(chǎn)高性能且可靠的電池，付出了比石墨烯多得多呢。然而，公司提供的，哪怕僅僅在價(jià)值鏈上前進(jìn)了一丁點(diǎn)，也絕對(duì)是值得一看的。

　　石墨烯超級(jí)電容器

　　另一種方法就是徹底忘記電池，而采用不同的方式儲(chǔ)存能量。雖然電容器甚至是超級(jí)電容器并非什么新的概念，但是二維材料的導(dǎo)電性以及高的比表面積，使得石墨烯成為一種潛在的競(jìng)爭(zhēng)者，至少從理論上講是如此。

　　超級(jí)電容器和電子器件中的電容器最主要的不同在于，超級(jí)電容器不依賴兩個(gè)電極間的電介質(zhì)。因此，電容器分離電荷，而超級(jí)電容器通過吸附在電極材料上的離子雙電層儲(chǔ)存能量。超級(jí)電容器中的電化學(xué)雙層大約比電容器電介質(zhì)薄1000倍。