東北地理所等在石墨烯電容器研究中取得突破

　　電雙層電容器（EDLC）作為電能儲存設備，比傳統的電解電容器有著諸多優點，包括充電時間短，使用溫度寬，壽命長，能量密度高等。但是，EDLCs的比電容量比傳統電池低多個數量級，嚴重制約了其應用與發展。EDLCs通過在電極表面積累電解質的正負電荷存儲能量，因此，擴大電極的比表面積是獲得高比電容量電容器的關鍵。

　　當今世界與納米技術的誕生和發展有著最直接關聯，并被譽為“引發產業革命”的碳納米管（Carbon nanotubes, CNTs）和石墨烯(grapheme)等石墨型碳納米材料，由于低成本、大比表面積和良好的電導性，被廣泛用于EDLC電極的制造，以增加其比電容量。其中，著名的石墨烯是由單層碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的二維平面薄膜。其比表面積高達2630m2g-1，是制備超級電容器電極的理想材料。

　　大量研究利用低成本氧化石墨烯（Graphene oxide，GO）制備EDLCs，包括化學還原GO、熱還原GO等，表明其比電容均高于100F/g。電化學還原由于能在常溫下進行，且不需要危險化學試劑，被稱為“綠色還原”。近年，有研究嘗試利用電化學還原法還原GO。但是，電化學還原過程與GO電容器比電容間的關系還仍然沒有得到解明。

　　中科院東北地理與農業生態研究所于洪文研究員與日本科學家共同針對電化學還原過程對石墨烯電容器的影響進行了研究。他們發現，電化學還原石墨烯是制備只有幾百納米厚的電雙層電容器電極的關鍵，在-1.0-1.6V、-1.5-0V及-1.0-1.0V等掃描電勢下預還原制備的電極會表現完全不同的比電容量。他們通過運用-1.0-1.0V電勢，經過4000秒的掃描還原氧化石墨烯獲得了比電容高達246F/g的新型電容電極，同時他們還研究探討了電化學還原的石墨烯上殘存的氧官能團和sp2域對電容器性能的的影響。

　　該研究為高比電容電容器的突破提供了理論依據。相關研究結果發表在Carbon（51 (2013) 94 – 101）上。