近年来小型化、可移动、可穿戴消费类电子产品和电动汽车的快速发展，对电化学能源存储器件提出了更高的要求。超级电容器因其高功率密度、超快充放电速率和长循环稳定性，被视为一种很有前景的新型电化学储能器件，受到了研究者的广泛关注。
发展新一代高比能、高功率、智能化超级电容器，最关键的是发展高性能电极材料。石墨烯具有高比表面积（2620 m2/g）、优异导电性、出色机械性能和高理论比容量（550 F/g）等优点，因此被广泛认为是一种极具潜力的电极材料。
图1. 石墨烯基材料用于高性能和新概念超级电容器
围绕石墨烯基材料制备、结构设计及其在超级电容器中的应用这一主题，中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员等人从电化学性能和功能性两个方面对石墨烯基超级电容器研究领域的最新进展进行了详细综述。
首先，根据储能机理的不同对超级电容器的分类进行了介绍，然后按照能量密度逐步提高的脉络，对石墨烯材料在高质量和高体积比容量的双电层电容器、石墨烯与导电聚合物或过渡金属氧化物/氢氧化物复合材料在赝电容超级电容器、石墨烯材料在水系非对称超级电容器、锂离子电容器、钠离子电容器中的应用分别进行了详细介绍，重点关注了比表面积、孔结构、掺杂、复合等对超级电容器性能的影响；然后面向智能穿戴及微电子系统等方面的潜在应用，具体为：（1）面向高电压应用的串联超级电容器；（2）面向可编织、可穿戴应用的纤维状超级电容器；（3）面向在狭小空间或集成电路中应用的微型化超级电容器；（4）面向兼具储能性能与美学性质的任意形状超级电容器，对石墨烯基材料用于上述新概念超级电容器的最新进展进行了总结和讨论。最后，依据现在的发展趋势，研究人员给出了石墨烯基超级电容器领域现存的问题，并展望了未来的发展方向。
1、石墨烯基材料在高性能超级电容器中的应用
图2. 石墨烯基材料用于双电层电容器
图3. 石墨烯-导电聚合物复合材料用于高容量赝电容超级电容器
图4. 石墨烯/氧化物、石墨烯/氢氧化物复合材料用于杂化电容器
2、石墨烯基材料在新概念超级电容器中的应用
图5. 石墨烯材料用于集成化、高电压超级电容器
图6. 石墨烯基材料用于纤维状超级电容器
图7. 光还原法批量制备石墨烯基微型超级电容器
图8. 任意形状的全石墨烯基平面超级电容器
在对以上研究进展总结的基础上，作者从高质量石墨烯材料的可控制备、石墨烯基材料组成、结构与应用的关系、质量与体积比容量的平衡、界面构筑等几个方面指出了仍待解决的问题，并展望了石墨烯基高比能、柔性化、微型化等特征超级电容器未来的发展方向。
通讯作者简介
吴忠帅，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。2011年于中国科学院金属所获得博士学位，2011-2015年在德国马普高分子所从事博士后研究。2015年，被聘任为中国科学院大连化学物理研究所研究员，二维材料与能源器件研究组组长。
研究方向为石墨烯等二维材料制备、结构设计及其在微纳能源器件中的应用，具体包括超级电容器、电池以及柔性化、微型化平面储能器件。目前已在Energy Environ. Sci.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等国际权威杂志发表论文80余篇。所有论文被SCI引用16000余次，ESI高被引论文23篇，其中单篇最高被引用1700余次，入选“中国十大高被引科技论文”（2006-2016）。
申请发明专利30项，其中已授权5项。获得2017年国家自然科学奖二等奖、2015年辽宁省自然科学奖一等奖等。主持或参与科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目共17项；担任J. Energy Chem.等期刊编委。
文章来源：研之成理
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