自2004年首次剝離以來(lái)，石墨烯因其極具吸引力的特性而在材料工程的許多領(lǐng)域得到了廣泛的研究。近來(lái)，通過(guò)結(jié)合石墨烯和其他電化學(xué)材料的優(yōu)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)性能，基于石墨烯的復(fù)合材料在電化學(xué)能量存儲(chǔ)方面引起了越來(lái)越多的關(guān)注。在這篇綜述中，我們從石墨烯的性質(zhì)和生產(chǎn)方法入手，從結(jié)構(gòu)和界面工程的觀點(diǎn)總結(jié)了石墨烯基復(fù)合材料用于電化學(xué)儲(chǔ)能的最新研究進(jìn)展，并強(qiáng)調(diào)尺寸和復(fù)合界面特性在這些復(fù)合材料的合理構(gòu)造和設(shè)計(jì)中的重要性。我們還將討論石墨烯基復(fù)合材料具體的最新應(yīng)用，從電化學(xué)電容器和鋰離子電池到新興的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，例如金屬-空氣和金屬硫電池。還總結(jié)和討論了石墨烯基復(fù)合材料用于電化學(xué)儲(chǔ)能的新特性和面臨的挑戰(zhàn)。這篇綜述專門(mén)針對(duì)石墨烯與其他電化學(xué)材料的組合以優(yōu)化其性能提供了新的見(jiàn)解，并將概述進(jìn)一步改進(jìn)石墨烯基復(fù)合材料以用于下一代電化學(xué)儲(chǔ)能裝置的方法。
Figure 1. 綜述概要的示意圖。GBCs代表基于石墨烯的復(fù)合材料。
Figure 2. 石墨烯的性質(zhì)、制備方法、缺陷和衍生物。（a）在電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、機(jī)械行為、不透明度、SSA和化學(xué)行為方面的各種特性。（b）就石墨烯質(zhì)量、成本、可擴(kuò)展性、純度和產(chǎn)率而言，最常見(jiàn)的石墨烯合成途徑。（c）在石墨烯中引入內(nèi)在或外在缺陷。（d）石墨烯衍生物不同結(jié)構(gòu)的示意圖。
Figure 3. 制備具有不同尺寸的石墨烯基復(fù)合材料的典型合成策略的示意圖。（a）原位策略，包括一步原位生長(zhǎng)、多步原位轉(zhuǎn)化以及在其他材料上石墨烯的原位生長(zhǎng)。（b）異位策略。
Figure 4. 通過(guò)有效地將石墨烯與各種尺寸（0D、1D、2D和3D）的活性材料復(fù)合而制成的石墨烯基復(fù)合材料的插圖，以LiFePO
4/石墨烯復(fù)合材料為例
Figure 5. 石墨烯基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模型主要可以分為三種類型：石墨烯負(fù)載型、石墨烯包裹型和石墨烯混合型復(fù)合材料。負(fù)載：活性材料顆粒被石墨烯負(fù)載、石墨烯包括石墨烯錨定的復(fù)合材料、夾心狀復(fù)合材料和分層結(jié)構(gòu)化復(fù)合材料。包裹：活性材料顆粒被石墨烯片包裹，可分為部分包裹和完全包裹的復(fù)合材料。混合：在電極制備過(guò)程中，將石墨烯負(fù)載和石墨烯包裹的復(fù)合材料混合在一起。
Figure 6. 改善石墨烯基復(fù)合材料與電解質(zhì)之間界面接觸的各種策略可分為三類：（1）在石墨烯基復(fù)合材料中建立多孔結(jié)構(gòu)；（2）改善石墨烯基復(fù)合材料的電解質(zhì)潤(rùn)濕性；（3）調(diào)節(jié)復(fù)合物中石墨烯組分的取向。
Figure 7. 基于0D、1D、2D、3D以及可能的4D自修復(fù)或自折疊類型的整體石墨烯基復(fù)合材料的構(gòu)型結(jié)構(gòu)。在此示例中，0D形式包括粒子、球體和花朵；一維形式包括金屬絲、卷軸和纖維；2D形式包括片材、薄膜和織物；3D形式包括氣凝膠、框架和陣列；4D形式包括自我修復(fù)和自我折疊類型。
相關(guān)研究成果于2020年由哈爾濱工業(yè)大學(xué)Bo Wang課題組，發(fā)表在Energy Storage Materials（doi.org/10.1016/j.ensm.2019.08.004）上。原文：Graphene-based composites for electrochemical energy storage。
